Cap.1. TEHNOLOGII DE ACOPERIRE TERMIC Ă PRIN [626467]
Cap.1. TEHNOLOGII DE ACOPERIRE TERMIC Ă PRIN
METALIZARE
1.1. Principiul procedeelor de me talizare prin metalizare
Toate procedeele de metalizare prin pulverizare constau în topirea materialelor de adaos
(sârmă, vergea sau pulbere) de c ătre o surs ă termică (arc electric, flac ără oxigaz sau jet
plasmă), pulverizarea (atomizarea) metalului topit și proiectarea picăturilor cu ajutorul unui
jet de aer comprimat cu presiune ridicat ă (4-7 [bar] ) pe suprafa ța de acoperit asperizat ă (cu
rugozitate cca.20 [ μm]). La trecerea din faza de metal topit în pic ături pulverizate datorit ă
aerului comprimat are loc o r ăcire rapid ă a picăturilor și o creștere a vitezei particulelor.
Astfel, viteza particulelor ajunge la 30-50 [m/s] la metalizarea cu flac ără și cu arc electric
și 250 [m/s] la metalizarea cu jet de plasm ă.
Energia cinetic ă cu care particulele lovesc suprafa ța piesei depinde de distan ța față de
piesă și de mărimea particulelor. Proiectarea particulelor se face în form ă de con cu vârful în
nucleul fl ăcării sau al arcului electric.
Particulele care se g ăsesc la extremitatea conului se r ăcesc mai rapid și nu mai ajung în
stare plastic ă pe suprafa ța de acoperit, ci solidificate și puternic oxidate, ele ricoșează de pe
suprafață sau se reg ăsesc în depunere ca incluziuni f ără aderență. Particulele plastice sunt
proiectate pe pies ă iar impactul lor cu suprafa ța este foarte puternic datorit ă vitezei mari a
particulelor. În contact cu suprafa ța asperizat ă a materialului de baz ă, picăturile plastice se
strivesc în asperit ățile suprafe ței și se ancoreaz ă de acestea, realizând o legătură mecanic ă
cu materialul de baz ă. Particulele astfel depuse vor c ăpăta o configura ție neregulat ă, cu o
rugozitate pronun țată, constituind o baz ă ideală pentru ancorarea particulelor urm ătoare. [70]
Picăturile de material de adaos posedând energie termic ă și cinetică se ciocnesc de
suprafața de acoperire rezultând în urma impactului o strivire cu împro șcare a pic ăturii
lichide în urma c ăreia se realizeaz ă și transferul de energie termic ă de la pic ătură la substrat,
având drept rezultat solidificarea picăturii.
Considerând temperatura pic ăturii de peste 1.000 [0C] și cea a suprafe ței suportului la sub
100 [0C], transferul de energie termic ă de la pic ătură la suport continu ă și după solidificarea
picăturii, până la egalizarea temperaturilor, având ca rezultat o contracție termică apreciabil ă
a materialului depus și o dilatare termic ă minoră a suportului.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Stratul de material depus este constituit dintr-o multitudine de pic ături fine, mai mult sau
mai puțin aplatizate, în func ție de starea lor termic ă și cinetică în momentul impactului.
Forțele dintre materialul de baz ă și materialul depus prin pulverizare termic ă sunt de
natură mecanic – adeziv ă peste care se suprapun for țele de contracție. Se adaug ă forțe de
natură coezivă ca rezultat al difuziei ce poate ap ărea în cazul unor depuneri.
Structura materialului depus este stratificat lamelar ă cu incluziuni gazoase sau solide
rezultate în urma reac țiilor chimice secundare de oxidare sau descompunere.
Fig.1.1. Elemente componente ale u nui strat depus prin pulverizare termic ă:1-substrat; 2-
particule netopite; 3-oxizi; 4-por.
În tabelul 1.1 sunt prezentate propriet ățile metalului depus prin acoperire termic ă prin
pulverizare.
Tabelul 1.1. Propriet ățile metalului depus prin acoperire termic ă prin pulverizare.
Procedeu
Caracteristici Flacără Detonație Jet de plasm ă Arc electric
Grad de oxidare Ridicat Foarte sc ăzut Mediu c ătre 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 aderen ță
[N/mm2] 20 170 35-70 28
1.1.1. Procedee de metalizare prin pulverizare termic ă
Clasificarea procedeelor de pulverizare termic ă se poate face dup ă diverse criterii .
Se consider ă esențială clasificarea procedeelor de pulverizare termic ă după purtătorul
de energie , astfel fiind posibile:
– pulverizare cu flac ără de gaze;
– pulverizarea cu flac ără de înaltă viteză (HVOF);
– pulverizarea cu arc electric; – pulverizarea cu jet de plasm ă;
– pulverizarea cu curen ți de înaltă frecvență;
– pulverizarea prin detona ție.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
După starea î n c a r e s e a f l ă materialul de adaos, procedeele de pulverizare termic ă se
clasifică în:
– pulverizare termic ă cu material de adaos sub form ă de sârmă;
– pulverizare termic ă cu material de adaos sub form ă de pulbere.[71]
Pulverizarea termic ă cu flacără
La pulverizarea cu flac ără, ca sursă de căldură se folose ște flacăra oxiacetilenic ă sau
oxipropanul. Flac ăra oxiacetilenic ă este mult mai compact ă din cauza ac țiunii aerului
comprimat care produce un efect termic mai intens, în special în zona reduc ătoare care tope ște
metalul de aport.
O topire optim ă se produce atunci când se utilizeaz ă un raport oxigen/acetilen ă egal cu
2/5. Reglarea fl ăcării oxiacetilenice are o importan ță deosebit ă și depinde de specializarea
operatorului.
În tabelul 1.2 sunt prezentate temperaturile de ardere pentru diferite gaze combustibile:
Tabelul 1.2. Temperaturile gazelor de ardere.
Amestec
combustibil Temperatura de
ardere [0C] Amestec
combustibil Temperatura de
ardere [0C]
Oxigen-acetilen ă 3100 Aer-acetilen ă 2325
Oxigen-butan 3100 Aer-hidrogen 2455
Oxigen-propan 2760 Aer-gaz de c ărbune 1530
Oxigen – hidrogen 2760
Topirea cu gaze are avantajul c ă poate utiliza ca material de adaos atât sârme de
metalizare cât și pulberi metalice sau ceramice, oferind posibilitatea ob ținerii de structuri
omogene cu porozitate și duritate superioare metaliz ării cu arc electric. [62]
Faptul că tehnologia de metalizare cu flac ără este destul de simpl ă, iar prețul utilajelor
este scăzut, face ca procedeul s ă fie răspândit pe plan mondial.
Pulverizarea cu flac ără și sârmă
Procedeul de pulverizare termic ă cu flacără si sârmă este cel mai vechi și cel mai
răspândit. Principiul acestui procedeu este acela c ă materialul de aport este adus cu ajutorul
unui mecanism de avans în nucleul unei fl ăcări. În flacără, sârma se tope ște și este pulverizat ă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
de un gaz sub presiune.
Avansul sârmei se realizeaz ă cu viteză constantă folosind un sistem de avans ac ționat cu
ajutorul unei turbine sau motor pneumatic, respectiv un sistem de avans electric cu motor de
curent continuu. Pistoletele cu turbin ă sunt folosite pentru metalizarea manual ă, iar cele cu
acțiune electric ă se utilizeaz ă pentru instala ții destinate proceselor mecanizate pentru
metalizare.
Fig.1.2. Principiul procedeului de pulverizare cu flac ără 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 instalație de metalizare cu flac ără și sârmă se compune, în general, din:
– sursa de gaz combustibil;
– aparatur ă de reglare și control al presiunii și debitului gazelor;
– suporturi de sus ținere și curățare a materialului de adaos;
– furtunuri pentru leg ătura dintre sursele de gaze;
– aparatul de pulverizare și transport a materialului de adaos.
Sursa de aer comprimat se alege în func ție de parametrii aparatului de topire și
pulverizare, dar presiunea nu trebuie s ă fie mai mic ă de 0,5 [Mpa].[18]
Pulverizarea cu flac ără și pulbere
Pulverizarea cu flac ără și pulbere const ă în aducerea în nucleul unei fl ăcări a materialului
de adaos (sub form ă de pulbere) cu ajutorul unui gaz de transport sau prin c ădere liber ă.
Pulberea se tope ște și este proiectat ă de jetul de gaze pe suprafa ța materialului de baz ă.
Dimensiunea particulelor este cuprins ă între 50-150 [µm].
În figura 1.3 este redat principiul metaliz ării cu flac ără și pulbere în gaz de transport.
O instalație de metalizare cu flac ără și pulbere antrenat ă de un gaz transportor se compune
din:
– sursă de gaz combustibil, care poate fi un generator de înalt ă presiune sau o butelie;
– sursă de aer comprimat, inclusiv buteliile de aer și filtrele de purificare;
– sursă de oxigen;
– furtunul de leg ătură între sursele de gaze și aparatul de pulverizare;
– aparatur ă de reglare și control alpresiunii și debitului gazelor;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
– aparatul de pulverizare și transport al pulberii.
Fig.1.3. Schema de principiu a procedeului de pulverizare termic ă cu flacără și pulbere.
1-pulberi; 2-intrare pentru pulbere; 3-amestec gazos; 4-flac ăra; 5-strat depus prin
pulverizare.
Cu excep ția aparatului de pulverizare și transport a pulberii, toate celelalte accesorii ale
instalației sunt asem ănătoare cu cele ale instala ției de metalizare cu sârm ă.
În ultimii ani mai multe firme au realizat aparate și dispozitive care permit depunerea unor
straturi pe interiorul pieselor cilindrice. În figura 1.4 este redat un asemenea pistol de
pulverizare cu flac ără și pulbere realizat de firma Castolin.
Fig.1.4. Pistolet de metalizare cu material de adaos sub form ă de pulbere 1 – corpul
pistolului;
2– rezervor de pulbere; 3 – capul pentru amestec și pulverizare; 4 – robinet de reglare a
debitului de oxigen; 5 – declan șator; 6 – corp de admisie și distribuție; 7 – robinet mixt de
pornire a gazelor.
Metalizarea cu flac ără și pulbere la cald
Arzătorul pentru metalizare cu flac ără și pulbere la cald este alc ătuit dintr-un mâner
similar cu cel de la trusa de sudare și tăiere cu flac ără oxiacetilenic ă, un dispozitiv de amestec
și un rezervor de pulbere. Dispozitivul de am estec este asigurat împotriva întoarcerii fl ăcării.
Pentru lucr ări în locuri cu acumul ări mari de c ăldură sunt utilizate duze din materiale
termorezistente și capete de pulverizare r ăcite cu aer sau ap ă. Un scut termic din metal u șor îl
apără pe sudor de radia ția termic ă. Fazele de lucru sunt: preînc ălzirea, pulverizarea și
încărcarea prin depuneri și topiri succesive. Suprafa ța de depunere se cur ăță de luciu metalic,
adică fără rugină, țunder (oxizi), ulei, vopsea, resturi de nisip cuar țos. Stratul de oxizi care se
formează la încălzirea piesei poate duce la formarea por ilor în depunere. De aceea, de îndat ă
ce temperatura suprafe ței de depunere, atinge 300-400 [0C] (la preînc ălzire) se pulverizeaz ă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
un film sub țire de pulbere, care împiedic ă o oxidare ulterioar ă a suprafe ței.
Flacăra de preînc ălzire reglat ă neutru, ac ționează ca un oxidant în momentul introducerii
pulberii, ca urmare a cantit ății mai reduse de gaz de lucru (acetilena). De aceea, înainte de
încărcarea prin metalizare debitul de acetilen ă se regleaz ă la o valoare aproximativ dubl ă față
de cea a oxigenului, pentru ca, la introducerea pulberii, flac ăra să devină din nou neutr ă.
Cantitatea de pulbere trebuie astfel reglat ă, încât să fie asigurat ă o topire complet ă a metalului
depus.
Este necesar ă deschiderea și închiderea complet ă, alternativ ă, a ventilului de pulbere,
astfel încât s ă fie la dispozi ție suficient timp pentru topire.
Datorită preciziei procedeului cu care pot fi înc ărcate prin metalizare, mai ales straturi
subțiri pe suprafe țe greu accesibile, inclusiv în pozi ție "peste cap", de cele mai multe ori nu
este necesar ă o prelucrare ulterioar ă a stratului depus. Prin încerc ări de îndoire se verific ă
buna aderen ță a metalului depus cu metalul de baz ă.
Temperatura fl ăcării oxiacetilenice este în nucleu de cca 2850 [0C], fapt care limiteaz ă
domeniul de utilizare a materialelor greu fuzibile.
Presiunile gazelor de lucru orientative sunt:
– oxigen: 2-4 [bar]; – acetilen ă: 0,3-0,5 [bar];
– grosimea de strat depus: 0,05-2(5) [mm].
Metalizarea cu flac ără și pulbere la rece
Din punct de vedere al transportului pulberii în flac ără sunt posibile urm ătoarele
posibilități:
a) absorbție dintr-un rezervor separat;
b) sistem mixt de absorb ție și cădere liber ă dintr-un rezervor propriu;
c) sistem mixt de absorb ție și cădere liber ă dintr-un rezervor separat;
d) agitare tangen țială și transport cu gaz comprimat.
Parametrii medii pentru depunerea alia jelor pulverulente de tip NiCrBSi sunt:
– productivitatea: 0,5-2,5 [kg/h];
– debit de oxigen: 4-5 [Nm
3/h];
– debit de acetilen ă: 0,8 [Nm3/h];
– granula ție pulbere: 50-125 [µm];
– grosimea stratului depus: 0,5-1,5 [mm].
Metalizarea cu flac ără și pulbere la rece cu topirea metalului depus
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Dacă în afara solicit ării de uzare apare și atacul unor acizi sau baze tari, metalizarea prin
pulverizare cu sârm ă sau cu pulbere la rece confer ă o protec ție suficient ă a suprafe țelor.
Procedeul de metalizare prin pulverizare cu flac ără și pulbere la rece cu topirea metalului
depus, reprezint ă o legătură între metalizarea prin pulverizare și sudare, deoarece, pe de o
parte, sunt ob ținute straturi având grosimea uniform ă, dar care au aderen ța prin difuzie f ără
apariția diluției cu materialul de baz ă.
Straturile depuse prin acest procedeu pot av ea grosimea de cca 2 [mm]. Pentru piesele
solicitate la coroziune este suficient ă, în general, o grosime a stratului de 0,3 [mm], iar la
solicitare puternic ă la uzare, o grosime de 0,5-0,8 [mm] (grosime a metalului depus finisat).
Pregătirea suprafe ței piesei pentru depunere se face ca și în cazul celorlalte procedee de
depunere prin pulverizare. Dup ă pulverizare stratul pulverizat și suprafața de dedesubt a piesei
trebuie aduse la temperatura domeniului plas tic al aliajelor de pulverizare (cca. 1030-1100
[0C]) pentru a se ob ține o difuzie la interfa ța stratului de metal depus cu materialul de baz ă.
Topirea trebuie executat ă imediat dup ă pulverizare, deoarece piesele sunt calde, datorit ă
pulverizării sau preînc ălzirii.
Pentru înc ălzirea pieselor se utilizeaz ă următoarele procedee: înc ălzirea prin induc ție,
încălzirea în cuptor cu înc ălzire controlat ă, încălzirea cu arz ătorul oxiacetilenic sau înc ălzirea
cu procedeul WIG.
Se topesc dup ă posibilități, mai întâi muchiile, pentru ca s ă nu se desprind ă de pe ele
metalul depus, iar, apoi, se înc ălzește suprafa ța. La atingerea temperaturii de topire suprafa ța
primește un aspect de oglind ă. La o conducere corect ă a temperaturii pot fi topite straturi
metalizate de grosimi mai mari și pe suprafe țele care nu sunt orizontale, f ără ca materialul
depus să curgă sau să picure. Dup ă topire este util ă o răcire lentă prin împachetare în materiale
termoizolante sau prin acoperire cu az best, nisip, sau alte materiale asem ănătoare. Finisarea se
face în mod uzual și eficient prin polizare umed ă. Unele aliaje pot fi prelucrate și prin așchiere
cu scule din metal dur.
Suprafețele pieselor ob ținute dup ă aplicarea acestui procedeu se disting printr-o rezisten ță
ridicată la uzare, la temperaturi ridicate, rezisten ță ridicată la coroziune și prin bune propriet ăți
de alunecare.[71]
Pulverizarea cu flac ără și pulbere cu topire
Principiul acestui procedeu const ă în faptul c ă metalul depus ini țial este topit cu flac ără
oxigaz, electric, în cuptor sau prin induc ție.
Temperatura de topire a metalului depus este cuprins ă între 1020-1140 [0C]. Peste 900
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
[0C] pulberile de B și Si dau borosilica ți care protejeaz ă suprafața metalului depus la oxidare,
realizând și decaparea metalului de baz ă astfel încât metalul depus difuzeaz ă în metalul de
bază.
Folosind procedeul pulveriz ării cu flac ără și pulbere la topire, se ob țin aderen țe foarte
bune ale metalului depus la metalul de baz ă.
Pulverizarea cu flac ără de înaltă viteză
Pulverizarea cu flac ără de înaltă viteză este un procedeu în care energia termic ă are valori
reduse, iar energia cinetic ă este mult superioar ă procedeelor cu pulbere clasice.
Pionierul acestor instala ții a fost JET KOTE. Terminologia interna țională adoptată pentru
acest tip de procedeu este denumirea generic ă de HVOF (high velocity oxy-fuel).
Principiul procedeului HVOF este redat în figura 1.5.
Fig.1.5. Principiul procedeului de pulverizare termic ă HVOF:
1- oxigen; 2 – gaz transportor; 3- gaz pentru flac ără; 4 – lichid de r ăcire; 5 – corp;
6 – pulberi antrenate în flac ără; 7-jet pulverizare; 8-stra t depus prin pulverizare .
Presiunea gazelor în pistol este ridicat ă (3-7 [bar]), de aceea se pot folosi ca și gaze
combustibile gazele care suport ă aceste presiuni (propan, hidrogen).
Straturile depuse au o porozitate foarte sc ăzută, densitate ridicat ă, o bună aderență la
suprafața metalului de baz ă. Se pot depune materiale cu valori ridicate ale temperaturilor de
topire (ceramice, refractare, car buri de wolfram, oxizi de crom etc.). Straturile depuse sunt
foarte netede și astfel se fac economii de manoper ă la o prelucrare ulterioar ă.
Procedeul HVOF este u șor adaptabil și se obțin acoperiri foarte bune pentru rezisten ță la
uzură, protecție anticoroziv ă, izolații termice și electrice.
Parametrii tehnologici pot fi regla ți în limite largi pentru ob ținerea temperaturii și vitezei
optime. Rata mare a depunerii scurteaz ă tipul de pulverizare mai al es pentru piesele mari.[28]
Pulverizarea prin detona ție
Energia cinetic ă la acest procedeu de pulverizare este realizat ă prin detona ția unui amestec
exploziv de gaze.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Pulberea este adus ă în camera de detona ție printr-un injector și preluată de gazul de
antrenare. Amestecul exploziv este format din acetilen ă și oxigen iar aprinderea se produce
prin scânteie electric ă. Amestecul de pulbere și gaze de ardere fierbin ți sunt expulzate cu mare
viteză printr-o țeavă de evacuare.
În acest procedeu este de remarcat atât energia cinetic ă mare ( se ating viteze de pân ă la
750-1000 [m/s]) cât și temperatura ridicat ă (până la 3300 [0C]) pe care o poate atinge
materialul depus. Energia cinetic ă mare și temperatura ridicat ă favorizeaz ă formarea de
microsuduri . Frecven ța exploziilor este (4-8/sec), zgomotul produs este de asemenea ridicat
(cca. 150 [dB]). Dimensiunea recomandat ă a particulelor de pulbere este de 5-60 [µm].
Avantajele majore ale acestui procedeu în compara ție cu alte procedee de depunere
termică prin pulverizare constau în:
– densitatea stratului depus (aproximativ 98 [%] din densitatea teoretic ă)
– aderența superioar ă oricărui alt procedeu de pulverizare termic ă ce nu implic ă
topirea substratului.
Prin acest procedeu se pot depune o gam ă largă de materiale, dar mai frecvent este aplicat
la depunerea materialelor ceramice și compozite . Grosimea straturilor depuse folosind acest
procedeu variaz ă în limitele 0,05-0,5 [mm].[18]
Schema de principiu a pulveriz ării termice prin detona ție este prezentat ă în figura 1.6.
Fig. 1.6. Principiul pulveriz ării termice prin detona ție: 1-alimentare pulbere; 2-
detonator; 3-alimentare gaz com bustibil; 4-alimentare gaz cur ățire; 5-jet; 6-strat depus prin
pulverizare.
Pulverizarea termic ă cu arc electric
Principiul care st ă la baza metaliz ării cu arcul electric este prezentat în figura 1.7.
Fig. 1.7. Schema de principiu a instala ției de pulverizare termic ă cu arc electric:
1-role avans sârm ă; 2-duze de contact; 3- țeavă insuflare gaz pulverizator; 4-sârm ă material
de adaos; 5-particule de pulverizare; 6- jet; 7-strat depus prin pulverizare.
Pentru metalizarea cu arc electric se poate utiliza atât curent continuu cât și cel alternativ.
În cazul utiliz ării 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 termic ă prin metalizare
fin, iar productivitatea este mai ridicat ă.
Ca materiale de metalizat, sunt utilizate sârme din o țel și neferoase. Se pot ob ține
caracteristicile dorite ale straturilor depuse pentru c ă elementele de aliere pierdute la
pulverizare prin ardere, se pot compensa prin supraalierea sârmelor de metalizare.
Metalizarea cu arc electric are urm ătoarele avantaje:
– nu necesit ă tuburi de oxigen și butelii de acetilen ă și din aceast ă cauză
instalația poate fi deplasat ă cu ușurință.
– posibilitatea ob ținerii pseudoaliajelor prin utilizarea a dou ă sârme diferite: Al-
OL, Al-Zn.
Principalul dezavantaj al procedeului const ă 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 [%].
Tabelul 1.3.
Materialul de
adaos Rezistența la rupere a stratului depus prin metalizare, în
cazul utiliz ării 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 curen ților de induc ție
În compara ție cu procedeele analizate mai sus, acest procedeu de metalizare prezint ă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
avantajul că determin ă o încălzire mai redus ă a piesei de metalizat deoarece nu se mai
manifestă influența asupra piesei de metalizat a arcului electric sau a fl ăcării oxiacetilenice. Pe
de altă parte straturile depuse prin metalizare sunt mai omogene și au o porozitate mai redus ă.
S-a constatat de asemenea o duritate mai ma re a straturilor depuse, acest lucru fiind
rezultatul faptului c ă gradul de ardere a carbonului și a altor elemente prezente în o țelul topit
este mult mai redus în cazul utiliz ării acestui procedeu.
În figura 1.8 este prezentat ă schema de principiu a instala ției de metalizare cu curen ți de
înaltă frecvență
Metalul topit se pulverizeaz ă printr-un jet de aer comprimat și este depus pe suprafa ța
asperizată. Pentru pulverizarea materialelor care se oxideaz ă puternic în loc de aer comprimat
se utilizeaz ă gaze inerte. [89]
Fig.1.8. Schema de principiu a instala ției de metalizare cu CIF.
Pulverizarea termic ă cu jet de plasm ă
În țara noastr ă, primele experiment ări de metalizare cu plasm ă au fost efectuate la
începutul anilor’80 la Institul Na țional de Motoare Termice Bucure ști.
Procedeul se utilizeaz ă în cazul acoperirii suprafe țelor pieselor cu straturi alc ătuite din
materiale dure,oxizi de Al, Cr, Mn și materiale greu fuzibile: W, Mo,Ti.
Cel mai r ăspândit procedeu pentru ob ținerea plasmei este utilizarea unor tipuri diferite de
descărcări în gaze.[19]
În figura 1.9 este prezentat ă schema pistolului de metalizare în jet de plasm ă.
Fig. 1.9.Schema de principiu a pistolului de metalizare în jet de plasm ă:
1-electrod W (catod); 2-duz ă (anod); 3-ajutaj r ăcire și contact electric; 4-pulbere; 5-arc de
plasmă; 6-jet pulverizat; 7-strat depus prin pulverizare.
Procedeul folose ște un arc de plasm ă cu temperaturi de pân ă la 20.000 [0C] iar ca gaze
plasmagene argonul, heliul, hidrogenul, azotul.
Materialul de aport sub form ă de pulberi este introdus în mod controlat în jetul de plasm ă,
care produce topirea particulelor de material și proiectarea lor cu vitez ă mare asupra
substratului.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Densitatea stratului depus este în limitele 85 – 95 [%] din densitatea teoretic ă. Viteza
particulelor poate atinge 250 – 550 [m/s].
Pulberea se transmite în exteriorul duzei. Pentru pulverizare se utilizeaz ă de obicei
pulbere cu granula ție 40 – 100 [ μm].
Pulverizarea termic ă cu plasm ă prezintă variantele :
– pulverizare cu plasm ă la presiune atmosferic ă;
– pulverizare cu plasm ă în vid (pentru materiale reactive);
Pulverizarea termic ă în jet de plasm ă are următoarele avantaje :
– temperatura ridicat ă a jetului de plasm ă permite topirea materialelor cu puncte
ridicate de topire, permite topirea oric ărui material solid;
– temperatura de topire se poate regla prin schimbarea diametrului duzei și a
regimului de lucru al instala ției;
– metalul depus con ține o cantitate redus ă de oxizi, datorit ă gazelor de lucru inerte;
– metalul depus are o aderen ță bună și o densitate ridicat ă.
Principalele dezavantaje ale procedeului de pulverizare termic ă în jet de plasm ă sunt:
– productivitate sc ăzută;
– zgomot și iradiere intens ă cu radiații ultraviolete;
– prețul ridicat al utilajului și al cheltuielilor de exploatare.
Temperatura ridicat ă a jetului de plasm ă permite pulverizarea oric ărui material de adaos,
care în procesul de înc ălzire și topire nu î și schimbă semnificativ propriet ățile.[13]
Pulverizarea cu laser
Pulverizarea cu laser are scopul ob ținerii pe cât posibil a unui metal depus cu o cât mai
redusă diluție. De regul ă se aplică pe materialele de baz ă ieftine, materiale de adaos cu
rezistență mare la uzur ă și/sau coroziune.
Prin astfel de depunere pe materialul de baz ă se mărește mult rezisten ța la uzur ă a
particulelor de suprafa ță și crește durata de exploatare și durabilitatea suprafe țelor încărcate.
Realizarea depunerilor de pulberi cu fascicul de laser se clasific ă în două procedee
diferențiate prin felul aliment ării cu pulbere.
Pulverizarea cu laser în dou ă faze
În prima faz ă se aplică pulberea pe suprafa ța materialului și apoi în a doua faz ă are loc
aderarea la metalul de baz ă prin topire cu fa scicul de laser.
Un exemplu pentru depunerea prin procedeul în dou ă faze este redat în figura 1.10.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Fig. 1.10.Principiul depunerii cu laser în dou ă faze: 1-fascicul lase r; 2-gaz pulverizator; 3-
jet; 4- ajutaj introducere pulberi ;5-strat depus prin pulverizare.
Pulverizarea cu laser într-o faz ă
Prin acest procedeu se realizeaz ă într-o singur ă fază atât depunerea de material pulverizat
cât și topirea acestui strat de material cu un fascicol laser concentrat(fig.1.11).
Materialul de adaos este sub form ă de pastă. Pentru ob ținerea pastelor sunt utiliza ți lianți.
Se recomand ă cei pe baz ă de nitroceluloz ă cu un con ținut mic de rest uscat de zaponlac,
oxietilceluloz ă, clei de amidon. Sub ac țiunea laserului lian ții ard, formând produse gazoase și
nu împiedic ă formarea rândurilor. În ălțimea rândurilor este de 0,5-2 [mm], l ățimea de 1,2-2,6
[mm]. Se pot suprapune noi rânduri de depunere. [28]
Fig.1.11. Principiul depunerii cu laser într-o faz ă: 1 – material de baz ă; 2 – material; 3 –
pulbere; 4 – fascicul laser; 5 – duz ă de pulverizare; 6 – direc ția de deplasare.
1.2. Fenomene care se produc la interfa ța dintre strat ul pulverizat
(metalizat) și substrat
1.2.1. Fenomenul de aderen ță
Aderența este fenomenul care are loc la aducerea în contact a dou ă suprafețe solide
datorită forțelor de atrac ție care se exercit ă între moleculele sau atomii celor dou ă suprafețe.
Cu toate c ă aderența are un caracter general , ea poate fi pus ă în eviden ță numai dac ă unul
din solidele care vin în contact este sub țire sau de dimensiuni mici și în cazul în care
suprafețele care vin în contact sunt foarte bine cur ățite. Acest lucru se explic ă prin faptul c ă,
oricât de bine ar fi șlefuite suprafe țele care vin în contact, ele prezint ă asperități importante.
Când dimensiunile suprafe țelor care vin în contact sunt mari, punctele de contact reprezint ă
numai o infim ă parte din suprafa ța totală, astfel ca aderen ța care se produce în aceste puncte
este slabă, dacă ea se raporteaz ă la întreaga suprafa ță a corpurilor. Dac ă unul din corpurile
care vin în contact este sub țire și flexibil sau are dimensiuni mici, el se va mula pe asperit ățile
celeilalte suprafe țe, astfel încât suprafe țele de contact se vor m ări și implicit aderen ța va fi mai
bună. Un efect favorabil asupra aderen ței îl are plasticitatea corpurilor care vin în contact. Cu
cât plasticitatea acestora este mai ridicat ă cu atât aderen ța va fi mai puternic ă.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
S-a demonstrat c ă forța de adeziune (aderen ța) este propor țională cu suprafa ța de contact
care rezult ă din deformarea plastic ă a asperit ăților. Cu cât prelucrarea suprafe țelor va fi mai
bună, cu atât aderen ța va fi mai bun ă. Dacă se introduc lichide între suprafe țele corpurilor care
vin în contact, aderen ța va fi mai bun ă. Izbirile repetate favorizeaz ă aderența. [70]
Condiții similare au loc în timpul procesului de metalizare, și anume:
– particulele au dimensiuni neglijabile în compara ție cu substratul;
– unele din particulele aflate în stare topit ă prezintă pe suprafa ța lor o pelicul ă de metal
lichid;
– particulele în momentul impact ului au o plasticitate ridicat ă;
– asperitățile particulelor și ale substratului se deformeaz ă în momentul impactului;
– contactul particule-substrat are loc prin izbire.
Aceste condi ții particulare ale procesului de metalizare termic ă sunt favorabile realiz ării
unei bune aderen țe.
În metalizarea termic ă noțiunea de aderen ță este utilizat ă cu două înțelesuri:
– fenomen complex care influen țează calitatea stratului depus;
– caracteristica mecanic ă a stratului metalizat.
1.2.1.1 Mecanismul aderen ței
Suprafețele metalice sunt rezultatul a trei tipuri de for țe:
– forțe exterioare (care genereaz ă suprafața);
– for țe interatomice interne;
– for țe dintre atomii de la suprafa ță.
Rezultatul acestora este o suprafa ță neomogen ă din punct de vedere geometric, fizic și
chimic.
Tensiunea superficial ă existentă la suprafa ța fiecărui corp exercit ă o influen ță foarte mare
asupra procesului de metalizare.
Tensiunea superficial ă variază în funcție de temperatur ă după o lege de forma:
T0 0 (1.1)
ceea ce demonstreaz ă faptul că ea scade odat ă cu creșterea temperaturii.
Pentru ca particulele pulverizate s ă se ancoreze pe suprafa ța piesei, ele trebuie s ă aibă o
energie suficient ă pentru a putea str ăbate bariera impus ă de tensiunea superficial ă sau să poată
micșora valoarea acesteia. Acest lucru este posibil dac ă materialul de adaos are un coeficient
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
de autodifuzie al materialului de baz ă.
În plus, o alt ă dificultate o constituie gr osimea stratului depus. Dac ă acesta este prea mare,
ia naștere o presiune normal ă care duce la cre șterea tensiunii superficiale. Apar fisuri și
crestături în stratul de acoperire, în final acesta exfoliindu-se. Deci, pentru realizarea unei
bune acoperiri în condi ții optime trebuie luate m ăsuri pentru mic șorarea tensiunii superficiale
și limitarea grosimii stratului de acoperire. [86]
Viteza particulelor pulverizate
La metalizare, particulele, fie c ă provin dintr-o sârm ă, fie din pulbere, sunt înc ălzite până
la incandescen ță și proiectate cu viteze foarte mari pe suprafa ța materialului de baz ă. Jetul de
pulverizare are forma unui con al cărui unghi depinde de m ărimea ajutajului.
Particulele de pe exteriorul conului au o temperatur ă mai mică, nu sunt foarte plastice și
de aceea straturile formate de ele sunt mai poroase și au o aderență mai redus ă.
Pentru a ob ține o calitate corespunz ătoare a acoperirii, conul trebuie s ă 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 diferen țelor de greutate specific ă și a inerției pe distan țele mici
utilizate la metalizare. Trebuie ținut cont de acest lucru când se calculeaz ă diametrele
granulelor utilizate.
Viteza cu care particulele ies din duz ă se calculeaz ă cu relația:
sm
v mtS Cv
aa xt /11
(1.2)
unde: v t – viteza particulelor;
v 0 – viteza aerului comprimat din duz ă;
v a – viteza aerului comprimat pe traiectorie;
c x – coeficientul de rezisten ță la înaintarea particulelor;
ρa – masa specific ă a aerului;
t – durata accelera ției;
m – masa particulelor.
Viteza cu care particulele ajung pe suprafe țele materialului de baz ă este:
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
sm
RLavvs /
29,096,0
00
(1.3)
unde:
a – gradul de tulburen ță al aerului comprimat;
L – distan ța dintre pies ă și duză;
R 0 – raza duzei de aer comprimat.
Viteza maxim ă a particulelor în momentul impactului în func ție de diametrul lor este
cuprinsă între 100-250 [m/s]. Viteza lor variaz ă pe traiectorie iar particulele de la extremitatea
conului au viteze cu 10-20 [%] mai mici fa ță de cele din centru.
Cu cât viteza este mai mare cu atât cre ște aderen ța straturilor și compactitatea lor. Din
cauza vitezelor mari și a oxizilor ce se formeaz ă, duritatea straturilor depuse prin pulverizare
este mai mare decât a straturilor ob ținute prin topire, conferind pieselor o rezisten ță foarte
bună la uz. O alt ă caracteristic ă a acoperirilor ob ținută prin metalizare este porozitatea, fiind
favorabilă pieselor supuse la frecare, ea înlesnind o ungere constant ă și o menținere a
lubrifiantului.
Analizarea mecanismului aderen ței se face la nivel de particul ă, începând din momentul
impactului particulei cu suprafa ța substratului. Ca urmare pentru a studia mecanismul
aderenței în metalizare termic ă sunt necesare:
– Cunoașterea stării în care se g ăsesc particulele și substratul în momentul impactului.
– Analizarea fazelor prin care trece particula din momentul impactului pân ă la
solidificare.
– Starea în care se g ăsesc particulele și substratul în momentul impactului.[71]
a. Starea în care se g ăsesc particulele și substratul în momentul impactului
a.1.) Starea în care se g ăsesc particulele în momentul impactului se
caracterizeaz ă prin:
mărime: – granula ția pulberilor depinde de procedeul de metalizare utilizat;
mărimea particulelor din jetul de metalizare depinde de procedeul de
metalizare respective de materialul de adaos utilizat (sârm ă, vergele).
compoziția chimic ă: în conformitate cu compozi ția chimic ă a materialului
de adaos utilizat depinde de aplica ția pentru care va fi folosit stratul metalizat;
temperatura: depinde de procedeul de metalizare utilizat;
starea de agregare: lichid ă, semilichid ă, sau solid ă cu un grad ridicat de
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
plasticizare, depinde de procedeul de metalizare utilizat.
Starea în care se g ăsesc particulele de pulbere în jetul de metalizare, respectiv, înc ălzirea
și accelerarea particulelor, sunt prezentate în figura 1.12.
Fig.1.12. Înc ălzirea și accelerarea particulelor în jetul de metalizare.
Se observ ă că starea particulelor în momentul impactului, cu excep ția compozi ției chimice
este determinat ă de procedeul de metalizare utilizat.
a2) Starea în care se g ăsește materialul substratului în momentul impactului este
caracterizat prin:
forma de livrare: semifabricate metali ce cu dimensiunile înscrise în
documenta ția de execu ție;
compoziția chimică și caracteristicile mecanice: sunt cele rezultate dintr-un
calcul de dimensionare al produsului; diferen ța de compozi ție chimic ă dintre
materialul depus și materialul substratului favorizeaz ă un alt fenomen de la
interfața dintre stratul metalizat și substrat și anume difuzia.
Temperatura: are valoarea necesar ă stabilită prin tehnologia de metalizare;
Structura: este conform ă cu compozi ția chimic ă și metoda de ob ținere:
laminare, forjare, turnare;
Starea suprafe ței: este în conformitate cu documenta ția și cu tehnologia de
metalizare prescris ă, ultima opera ție înainte de metalizare fiind sablarea sau
curățirea cu ultrasunete în mediu de etanol; starea suprafe ței influen țează
interacțiunea dintre particul ă și substrat. [70]
b. Fazele prin care trece o particul ă din momentul impactului pân ă la solidificare
b1) Fazele prin care trec particulele în momentul impactului (inclusiv) sunt:
Fig.1.13. Modul de interac țiune al particulelor din jetul de metalizare cu substratul.
1. Impactul cu suprafa ța substratului
2. Deformarea pe suprafa ța substratului
3. Udarea suprafe ței substratului
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
4. Solidificarea particulelor
5. Coeziunea particulelor cu suprafa ța substratului
6. Reacțiile particulelor în faza solid ă cu suprafa ța substratului
Pentru explicarea mecanismului aderen ței se va proceda la o analiz ă detaliată a fiecăreia
din fazele de mai sus.
Din punct de vedere al plasticit ății pe care o au în momentul impactului, particulele aflate
în jetul de metalizare se afl ă în una din st ările de mai jos:
particule în stare topit ă vâscoasă;
particule în stare semitopit ă-vâscoasă;
particule în stare plastic ă;
particule în stare elastic ă.
În funcție de starea în care se afl ă în momentul impactului, dar și în funcție de starea
suprafeței substratului, particulele interac ționează în mod diferit cu suprafa ța substratului.
Impactul cu suprafa ța substratului
În momentul impactului se stabile ște un contact punctiform între particul ă având tendin ța
de a se ag ăța de asperit ățile suprafe ței substratului. Deci, acum se poate vorbi de o aderență
mecanică a particulelor la suprafa ța substratului. Temperatura particulei este ridicat ă, iar
presiunea în punctul de contact are valori ridicate. Se presupune c ă din acest moment începe
transferul de c ăldură de la particul ă la substrat. Aceast ă fază are o durat ă extrem de mic ă, fiind
urmată de faza de deformare a suprafe ței substratului. [20]
Deformarea pe suprafa ța substratului
Deformarea particulei pe suprafa ța substratului se face cu o vitez ă foarte mare.
Particula va începe s ă se muleze pe suprafa ța substratului. Suprafa ța de contact particul ă-
substrat se m ărește. La sfâr șitul acestei faze suprafa ța de contact va avea valoarea maxim ă.
Suprafața de contact dintre particul ă și substrat este definit ă ca fiind o interfa ță elementar ă.
Apariția interfe țelor elementare este considerat ă ca fiind momentul de început al form ării
interfeței strat-substrat.
Presiunea de contact este înc ă de valoare ridicat ă, iar temperatura particulei, de asemenea
(se poate presupune acest lucru deoarece transferul termic dintre particul ă și substrat nu a fost
intens, contactul dintre ele fiind înc ă punctiform); se formeaz ă puncte de sudur ă între particula
deformată și substrat. Acest tip de aderen ță cu formarea de puncte de sudur ă este aderența
metalurgic ă, care determin ă obținerea unor valori ridicate ale aderen ței (caracteristica
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
mecanică a stratului metalizat).
Mărindu-se suprafa ța de contact dintre particul ă și substrat se m ărește transferul
termic și se creeaz ă astfel condi ții favorabile transform ărilor de faz ă:
-în particula care sufer ă o răcire cu vitez ă ridicată;
-în substrat care local prime ște o cantitate de c ăldură de la particul ă.
Transferul termic început în aceast ă fază va continua în faza urm ătoare.
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 variaz ă cu temperatura, deci se
poate spune c ă în cazul utiliz ării unui aceluia și material de adaos, dar metalizând cu procedee
diferite se vor ob ține grade de plasticitate și, implicit, viteze de deformare diferite).
Se observ ă apariția unui nou fenomen la nivelul interfe ței strat-substrat și anume
transform ările de faz ă în stare solid ă.
Udarea suprafe ței substratului
Prin deformare, particula se întinde pe suprafa ța substratului. Acest fenomen este similar
cu acele în care o pic ătură dintr-un lichid se întinde pe suprafa ța unui solid. Prin similitudine,
această fază a primit numele de udare a suprafe ței. În fazele de deformare și udare,
particulele aflate în stare topit ă, semitopit ă au pe suprafa ța lor o pelicul ă de metal lichid.
Aderența în aceast ă fază se realizeaz ă și ca urmare a tensiunii superficiale a peliculei de
lichid. Aceast ă formă de aderen ță este denumit ă aderență superficial ă. La sfârșitul fazei de
udare, particula deformat ă va avea suprafa ța de contact maxim ă cu substratul și grosimea
minimă. În acest moment, interfa ța elementar ă are valoarea maxim ă. O secțiune dintr-o
particulă deformat ă are forma unei lamele care este lipit ă de substrat. Prin aceast ă analiză se
poate explica caracterul lamelar al structurii unui strat metalizat.
Structura lamelar ă este o structur ă tipică pentru straturile metalizate. Transferul termic se
va face, și în aceast ă situație, cu vitez ă ridicată. La sfârșitul acestei faze particula a cedat
întreaga ei cantitate de c ăldură substratului. Întrucât, intervalul de timp scurs din momentul
impactului pân ă la sfârșitul acestei faze este scurt, rezult ă că viteza de r ăcire a particulei este
foarte ridicat ă.
Solidificarea
Solidificarea particulei fiind terminat ă, s-a definitivat interfa ța elementar ă dintre particul ă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
și substrat. Prin însumarea tuturor interfe țelor elementare particule-substrat se ob ține interfa ța
strat-substrat. Datorit ă răcirii particulei se produce o contrac ție mecanic ă a acesteia. Ca
urmare a acestei contrac ții se manifest ă aderența mecanic ă între particul ă și substrat, dar se
produc și tensiuni la nivelul interfe ței elementare și implicit la nivelul interfe ței strat-substrat
determinând formarea de tensiuni reziduale. Acest fenomen se produce simultan cu
aderența și o influen țează.
Reacția particulelor în faza solid ă
Particulele dispun în momentul impactului de o energie termic ă cu valoare ridicat ă pe care
o cedează substratului. Chiar dac ă particulele au o mas ă extrem de redus ă comparativ cu cea a
substratului, c ăldura cedat ă de ele este suficient ă pentru a provoca recristalizarea por țiunilor
puternic deformate ale substratului. Por țiunile deformate ale re țelei cristaline a substratului au
dimensiuni comparabile cu cele ale particulei. Particulele determin ă în punctele de contact cu
substratul o înc ălzire local ă a acestuia.
Această încălzire provoac ă transform ări de fază ale substratului. Compozi țiile chimice
ale particulelor și ale substratului sunt diferite. Acest lucru favorizeaz ă formarea unor zone de
reacție între particule și substrat. Datorit ă energiei de activare de la suprafa ța substratului și de
la suprafa ța particulei, energii ale c ăror valori cresc odat ă cu creșterea temperaturii precum și
datorită densității de defecte de la suprafa ța substratului, apare fenomenul de chemisorb ție.
Deci în aceast ă fază a formării stratului se manifest ă aderența fizică. Ca urmare a
compozițiilor chimice diferite se creeaz ă condițiile de producere a difuziei la nivelul interfe ței
strat-substrat. Se poate spune c ă în aceast ă fază a formării stratului se manifest ă aderența
difuzivă. [62]
O reprezentare schematic ă a fazelor form ării stratului în succesiunea lor se face în figura
1.14.
Fig.1.14. Succesiunea fazelor de formare a stratului metalizat.
Din analizarea detaliat ă a fazelor form ării stratului din momentul impactului pân ă la
apariția zonelor de reac ție și a difuziei se desprind urm ătoarele concluzii:
1.
Aderența în metalizarea termic ă este un fenomen complex. În succesiunea
fazelor de formare a unui strat metalizat se întâlnesc urm ătoarele tipuri de aderen ță:
aderența mecanic ă;
aderența metalurgic ă;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
aderența superficial ă;
aderența fizică;
aderența difuzivă.
2. Fiecare dintre tipurile de aderen ță de mai sus ac ționează printr-un mecanism
bine precizat. Deci mecanismul aderen ței în metalizarea termic ă este de fapt o sum ă de
mecanisme care interac ționează.
3. Modul în care interac ționează aceste mecanisme, precum și ponderea cu care
ele intervin în procesul de formare al stratului, sunt influen țate de:
procedeul de metalizare utilizat;
materialul substratului;
materialul de metalizat.
4. Fenomenele care apar la interfa ța strat-substrat: aderența, transform ări de
fază, difuzia, tensiuni de interfa ță, nu se produc separat ci simultan , influențând
prin acțiunea lor calitatea stratului depus.
5. Aderența a fost studiat ă la nivelul interfe ței strat-substrat, deci numai pentru
interacțiuni de tipul particul ă-substrat. Dup ă definitivarea interfe ței strat-substrat,
particulele din jetul de meta lizare se vor depune pe acela și tip de material, dar cu alt ă
rugozitate, temperatura. Avem toate motivele s ă presupunem c ă mecanismul aderen ței
va avea acelea și componente, doar ponderea lor va fi alta.
6. Ponderea mecanismelor de aderen ță componente se modific ă pe parcursul
desfășurării procedeului de metalizare.
7. Modul de interac țiune al mecanismelor de aderen ță și ponderea lor
influențează aderența stratului metalizat. [70]
Determinarea aderen ței.
Aderența se măsoară prin for ța necesar ă pentru desprinderea unit ății de suprafa ță a
stratului de pe piesa de baz ă și depinde de urm ătorii factori:
– forma piesei metalizate: convex ă, concavă sau plană;
– modul de preg ătire al suprafe ței de metalizat și gradul de rugozitate ob ținut, acest factor
constituind elementul de baz ă al aderen ței mecanice;
– natura materialului de adaos, modulul de elasticitate și coeficientul de dilatare termic ă;
– diametrul piesei de metalizat în cazul în care aceasta are form ă cilindrică;
– granulația particulelor rezultate din pulverizarea materialului topit;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
– temperatura particulelor în punctele de impact;
– grosimea stratului ob ținut prin pulverizare;
– gradul de puritate al gazului de transport.
Aderența pe suprafe țe circulare convexe
Aderența pe acest tip de suprafa ță este un caz r ăspândit care se întâlne ște la
recondiționarea prin pulverizare a unor organe de ma șini. La depunerea straturilor prin
pulverizare, datorit ă răcirii și contracției straturilor depuse, ap are efectul de fretaj.
Calculul aderen ței, exprimat ă prin tensiunea σ în acest caz, se face cu rela ția:
kdhTT E
12 1
(1.4)
în care:
σ – aderența stratului metalizat;
E – modulul de elasticitate al materialului din stratul ob ținut;
α – coeficientul de dilatare termic ă liniară;
T1 – temperatura particulelor înainte de impact;
T2 – temperatura particulelor dup ă solidificare;
h – grosimea stratului metalizat;
d1 – diametrul piesei înainte de metalizare;
k – coeficientul de aderen ță care depinde de metoda și calitatea preg ătirii suprafe ței și de
procesul tehnologic de pulverizare. [86]
Aderența pe suprafe țe concave
În acest caz nu mai apar presiuni de fretaj, ci, de la o anumit ă temperatur ă și grosime a
stratului, apare un joc între stratul metalizat și suprafața piesei.
Astfel, pentru a m ări aderența unui strat metalizat aplicat pe o suprafa ță concavă, trebuie
să existe rela ția:
1
21
2 T T (1.5)
în care:
T2 – temperatura medie a stratului metalizat în momentul termin ării metaliz ării;
1 – coeficientul de dilatare termic ă liniară a metalului piesei de baz ă;
2 – coeficientul de dilatare termic ă liniară a stratului metalizat;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
T1 – temperatura medie a peretelui interior al piesei în momentul termin ării metaliz ării.
A doua rela ție arată că temperatura medie a stratului metalizat nu trebuie s ă depășească o
anumită limită pentru ca fie posibil ă aderența stratului la metalul de baz ă.
S-a constatat de asemenea c ă aderența variază în funcție de grosimea stratului și că se
amelioreaz ă când, în timpul metaliz ării, se înc ălzește exteriorul piesei, m ărindu-se astfel
valoarea factorului T 1 din a doua rela ție.
Aderența pe suprafe țe plane
S-a stabilit c ă se poate ob ține aderen ță pe suprafe țe plane atunci când exist ă condițiile date
de relația:
21
1 2 375,0 T T ( 1.6)
Marginile și colțurile, mai ales la suprafe țe plane mici, creeaz ă condiții defavorabile
aderenței. Aceasta scade pe m ăsură ce crește grosimea stratului metalizat prin pulverizare și
crește când se înc ălzește suprafa ța destinat ă metalizării.
Variația aderen ței cu distan ța de metalizare și orientarea jetului de particule
pulverizate
Curbele de varia ție ale aderen ței cu distan ța de pulverizare pentru diferite materiale,
obținute în cursul unor metaliz ării cu flac ără oxiacetilenic ă, suprafața de bază fiind oțel,
sablată sunt redate în figura 1.15. Curbele din aceast ă figură arată că aderența scade când
distanța de pulverizare cre ște, variația fiind mai accentuat ă la oțel decât la metalele neferoase.
S-ar impune deci reducerea distan ței, însă acest fapt atrage o înc ălzire excesiv ă a stratului
metalizat și a piesei de baz ă, cu riscuri de tensiuni, deforma ții sau fisuri ale stratului.
Se recomand ă, pentru ob ținerea unei bune aderen țe ca primele straturi s ă fie depuse de
la distanțe mai mici, de ordinul a 80 – 90 [mm], iar restul metaliz ării să se efectueze de la
minimum 120 [mm].
Fig.1.15. Varia ția aderen ței cu distan ța de pulverizare.
În ceea ce prive ște orientarea jetului, s-a constatat experimental c ă rezultatele optime se
obțin în cazul în care axa jetului de particule este deviat ă față de piesă cu diverse unghiuri,dar
se recomand ă orientarea jetului normal (perpendicular) pe suprafa ța piesei de metalizat. Îns ă
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
această orientare este greu de ob ținut în practic ă, deoarece jetul de particule de form ă conică
deplasându-se, diversele zone ale piesei sunt at acate mai întâi oblic de particulele periferice.
[20]
Aderența în cazul unui strat intermediar
Aderența straturilor ob ținute prin pulverizare variaz ă după natura materialului de adaos,
fiind mai mare pentru unele materiale și mai redus ă pentru altele. În acest din urm ă caz,
pentru a se realiza totu și o aderen ță bună, se recurge la o pulverizare dubl ă, și anume: un prim
strat, intermediar, între piesa de baz ă și stratul definitiv, din metal cu aderen ță bună, urmat de
o a doua pulverizare a materialului de interes pe ste acest strat intermediar, noul strat având în
loc de propria sa aderen ță, redusă, o valoare mai mare datorit ă stratului intermediar.
Corelația aderen ță – rugozitatea suprafe ței
Întrucât aderen ța straturilor metalizate prin pulverizare se datoreaz ă, în cea mai mare
măsură, unui fenomen mecanic de p ătrundere și ancorare a particulelor metalice în rugozit ățile
suprafeței de metalizat, este de în țeles că rugozitatea ob ținută prin preg ătirea suprafe ței are o
importanță deosebită.
De asemenea, pentru un acela și grad de rugozitate, m ăsurat prin în ălțimea asperit ăților
H, aderența variază și în funcție de natura materialului de adaos, materialul substratului fiind
oțel.
1.2.2. Factori de influen ță ai aderen ței
Fenomenul de aderen ță în metalizarea termic ă este influen țat de un num ăr ridicat de
factori.
Aceștia pot fi grupa ți astfel:
A. Factori de proces;
B. Factori în leg ătură cu procesul.
A. Factori de proces
a. Materialul din care este confec ționat substratul are influen ță asupra aderen ței
stratului metalizat prin compozi ție chimic ă, structur ă. Utilizând acela și procedeu de
metalizare, aceea și parametrii ai regimului de metalizare, aceea și pulbere ca material de
adaos, îns ă utilizând diferite materiale ca substrat, se ob țin valori diferite ale aderen ței.
b. Tipul de aliaj care este utilizat la metalizare are influen ță asupra aderen ței. Se obțin
valori diferite ale aderen ței când se utilizeaz ă același substrat, acela și procedeu de metalizare
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
însă se utilizeaz ă pulberi diferite. Acest lucr u este posibil deoarece desf ășurarea fenomenului
de aderen ță este influen țată de temperatura particulelor în momentul impactului.
c. Temperatura particulelor în jetul de metalizare este un factor care are o influen ță
important ă asupra fenomenului de aderen ță, cât și asupra aderen ței stratului depus. Ea
influențează în mod decisiv starea în care se afl ă particulele în momentul impactului. Se
observă că în cazul metaliz ării aceluia și material cu procedee de metalizare diferite se va
realiza o mai bun ă aderență în cazul procedeelor care asigur ă o temperatur ă mai ridicat ă în jet.
d. Viteza de deplasare a particulelor în jet și mai ales viteza în momentul impactului
constituie un factor cu o influen ță asupra aderen ței stratului depus. În cazul procedeelor de
metalizare cu flac ără și pulbere, valoarea aderen ței (caracteristica mecanic ă) crește odată cu
creșterea valorii vitezei de deplasare a particulelor în jet. Valoarea maxim ă a aderen ței se
obține pentru straturile depuse prin metalizare cu flac ără prin detonare. Viteza particulelor
influențează în mod favorabil fenomenul de aderen ță.
e. Mărimea particulelor care se metalizeaz ă influențează în mod negativ fenomenul de
aderență. În cazul metaliz ării cu acela și procedeu, cu aceea și parametri, cu acela și tip de
pulbere, dar cu granula ții diferite, se constat ă că aderența descrește odată cu creșterea mărimii
particulelor. Acest lucru poate fi explicat prin faptul c ă odată cu creșterea mărimii particulelor
scade cantitatea de c ăldură pe fiecare particul ă; acest lucru influen țează în mod direct starea
particulei în mod direct starea particulei în momentul impactului.
f. Efectuând experimente cu acela și material de metalizat, cu aceea și granula ție, cu
aceeași parametrii ai regimului de metalizare, dar variind distan ța de metalizare s-a observat
că la metalizarea cu flac ără aderența prezintă un maxim pentru distan țe de metalizare cuprinse
între 150-200 [mm].
g. La metalizarea unor piese plane s-a observat c ă aderența se modific ă dacă se schimb ă
unghiul pe care-l face axa jetului de metalizare cu suprafa ța substratului. Valorile maxime ale
aderenței se obține în cazul în care axa jetului de metalizare este perpendicular ă pe suprafa ța
substratului. Dac ă valoarea unghiului scade sub 900 valoarea aderen ței scade pe m ăsura
scăderii unghiului.
h. Pentru procedeele de metalizare termic ă pentru care au fost dezvoltate și variante de
desfășurare în incinte închise cu atmosfer ă controlat ă se observ ă influența pozitivă a acestor
condiții de desfășurare ale procedeului asupra fenomenului de aderen ță. Exemple elocvente în
acest sens sunt:
– metalizarea cu jet de plasm ă în atmosfer ă controlat ă, comparat ă cu metalizarea cu jet de
plasmă la presiunea atmosferic ă;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
– metalizarea cu arc electric în atmosfer ă controlat ă, comparat ă cu metalizarea cu arc
electric la presiunea atmosferic ă.
i. Cantitatea de oxizi din stratul metalizat este un fact or rezultant al procesului de
metalizare, care este influen țat de condi țiile de proces și care la rândul lui influen țează
aderența. Influen ța acestui factor asupra fenomenului de aderen ță și asupra aderen ței este
negativă. [70]
B. Factori în leg ătură cu procesul
j. Pregătirea suprafe ței substratului în vederea metaliz ării are o influen ță deosebit ă
asupra aderen ței. Suprafa ța substratului constituie viitoarea interfa ță strat-substrat. Asigurând
o bună pregătire a acestei suprafe țe pentru metalizare se creeaz ă condițiile asigur ării unei
interfețe continue.
O suprafa ță a substratului bine preg ătită pentru metalizare corelat ă cu un proces de
metalizare bine condus, influen țează în mod pozitiv fenomenul de aderen ță și, implicit,
calitatea stratului depus. Opera țiile necesare pentru a asigura o bun ă pregătire a suprafe ței în
vederea metaliz ării sunt:
– prelucrarea mecanic ă pentru ob ținerea rugozit ății recomandate;
– curățirea piesei prin decapare-degresare;
– sablarea suprafe ței cu corindon sau cu alice de o țel;
-curățirea piesei cu ultrasunete într-o baie cu etanol pentru eliminerea eventualelor
particule de corindon r ămase "ag ățate" de rugozitatea suprafe ței. Aceast ă operație se
efectueaz ă atunci când dimensiunea piesei o permite.
– curățirea suprafe ței substratului cu arc electric transferat. Aceast ă operație se utilizeaz ă
în cazul metaliz ării cu jet de plasm ă de joasă presiune. Cercet ări comparative efectuate asupra
utilizării acestei opera ții arată că ea are o influen ță pozitivă asupra aderen ței stratului.
k. Preîncălzirea poate conduce la deforma ții ale piesei. Desf ășurarea procesului de
metalizare cu preînc ălzirea substratului conduce la m ărirea plasticit ății substratului corelat ă cu
plasticitatea particulelor influen țează în mod favorabil fenomenul de aderen ță. Preîncălzirea
substratului înseamn ă acumulare de c ăldură în substrat ceea ce va contribui și la reducerea
vitezei de r ăcire a ansamblului strat-substrat. Acest lucru favorizeaz ă aderența difuzivă. Deci,
în cazul preînc ălzirii substratului se constat ă o schimbare a ponderii mecanismelor de
aderență. Va crește ponderea mecanismelor de aderen ță metalurgic ă și difuzivă și va scădea
ponderea mecanismelor de aderen ță mecanică și fizică. [71]
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
1.3. Caracteristici ale straturilor formate prin pulverizare termic ă
1.3.1. Caracteristici fizice ale straturilor pulverizate
Masa specific ă
Straturile ob ținute dup ă pulverizarea termic ă nu sunt constituite din metale compacte, ci
dintr-o aglomerare de particule de metal solidificat. Între particulele solidificate dup ă impact
pe suprafa ța piesei, r ămân spații libere, constituite din pori închi și, pori deschi și sau interspa ții
între pori. Din cauza acestei porozit ăți, straturile rezultate dup ă pulverizarea metalelor au o
masă specifică mai mică decât a materialului de adaos ini țial.
Reducerea masei specifice depinde de o serie de factori printre care:
– natura materialului de adaos;
– distanța de pulverizare;
– parametrii electrici în cazul pulveriz ării cu arcul electric;
– presiunea aerului și diametrul duzei de aer.
S-a stabilit c ă masa specific ă a unui strat din metal pulverizat are urm ătoarea
dependen ță:
– crește odată cu presiunea aerului comprimat, diametrul duzei de aer sau cu unghiul de
impact al conului de pulverizare;
– scade în func ție de distan ța de la duza de aer la piesa de metalizat sau viteza de avans a
sârmelor. Aceasta deoarece în aceste cazuri stratul ob ținut este mai pu țin compact și procentul
de pori este mai mare.
Porozitatea
Prin analogie cu materialele ob ținute prin procedeele metalurgiei pulberii, porozitatea
pentru un strat din metal pulverizat se poate considera sub dou ă aspecte și anume:
– porozitatea gravimetric ă;
– porozitatea volumetric ă.
Porozitatea straturilor de metale pulverizate prezint ă atât avantaje cât și dezavantaje în
ceea ce prive ște comportarea suprafe țelor metalizate.
Dintre avantaje se pot men ționa:
– la organele de ma șini recondi ționate prin pulverizare termic ă, porii deschi și și cei
interconecta ți din stratul ob ținut, se umplu cu o cantitate de ulei care formeaz ă o rezervă de
ungere în cazul unei întreruperi intempestive a circuitului de ulei. Situa ția e favorabil ă pentru
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
fusuri de arbori, axe, cuzine ți sau pistoane care din cauza porozit ății, se comport ă pentru un
timp ca piese autolubrifiante, îndep ărtând pentru o anumit ă durată riscul de gripare;
– la unele ma șini, cum este cazul în industria textil ă sau cea alimentar ă, se impune ca
uleiul de ungere s ă nu vină în contact cu produsele fabricate de aceste ma șini. Acest rezultat
nu se poate ob ține decât prin utilizarea de cuzine ți poroși autolubrifian ți.
Dezavantajele ce rezultă în urma porozit ății sunt:
– scăderea rezisten ței la întindere și a alungirii mecanice ale straturilor ob ținute prin
pulverizare termic ă;
– protecția contra coroziunii a straturilor metalizate prin pulverizare termic ă este redus ă
din cauza porozit ății. Dezavantajul se remediaz ă prin impregnare sau colmatarea porilor cu
diferite substan țe.
1.3.2. Caracteristici termice ale straturilor pulverizate
Coeficientul de dilatare termic ă
În cazul metalelor compacte , coeficientul de dilatare termic ă are o valoare stabil ă la o
anumită temperatur ă sau interval de temperaturi. În cazul straturilor depuse prin pulverizare
termică, valoarea coeficientului de dilatare termic ă variază în funcție de parametrii metaliz ării
și anume pentru un acela și metal cre ște cu greutatea specific ă a stratului.
Coeficientul de dilatare termic ă prezintă un interes deosebit în urm ătoarele cazuri:
– la pulverizarea unor straturi de grosime mare, dac ă durata metaliz ării este prea mare
și nu se fac întreruperi pentru r ăcirea piesei, se pot produce tensiuni termice importante și
fisuri în stratul metalizat;
– la pulverizarea termic ă a suprafe țelor concave de mic ă curbură sau a suprafe țelor
plane, caz în care valoarea coeficientului de dilatare termic ă condiționează aderența stratului.
Aderența scade pe m ăsură ce grosimea stratului și valoarea coeficientului de dilatare termic ă
cresc.
Conductivitatea termic ă
Întrucât un strat dintr-un metal depus prin pulverizare este mai pu țin compact decât
același metal ob ținut prin turnare sau forjare, conductivitatea termic ă a acestuia este mai
redusă, datorită existenței porilor între particulele solidificate dup ă pulverizare. [23]
1.3.3. Caracteristici electrice ale straturilor pulverizate
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Rezistivitatea
Din cauza porozit ății, straturile din metale pulverizate au o rezistivitate electric ă mai mare
decât metalele compacte din care provin.
Un strat de zinc pulverizat are o rezistivitate de dou ă ori mai mare, iar unul de aluminiu de
cinci ori mai mare decât a metalelor respective ob ținute prin turnare. Pentru aluminiul
pulverizat cre șterea rezistivit ății se explic ă prin faptul c ă pelicula de oxid de aluminiu care
acoperă stratul este un conductor electric slab.
În cazul când straturile sunt rectificate și lustruite, rezistivitatea electric ă scade cu pân ă la
20 [%] din valoarea ini țială.
Proprietățile magnetice
Straturile ob ținute prin pulverizarea o țelului sunt magnetice și permit ob ținerea unor
magneți permanen ți. Când stratul pulverizat nu dep ășește grosimea de 0,15 [mm], iar piesa
metalizată depășește lungimea de 8 – 10 [cm], apar poli secundari care altereaz ă câmpul
magnetic.
1.3.4. Caracteristici chimice ale straturilor pulverizate
Compozi ția chimic ă
Un strat de metal pulverizat prezint ă, față de metalul de adaos, varia ții nu numai de
structură, ci și de compozi ție chimic ă. Astfel, de exemplu, un strat de o țel pulverizat con ține
procente mai mici de carbon, siliciu sau mangan, decât metalul de adaos din care a provenit,
scăderea datorându-se oxid ării 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.
Intensitatea fenomenului de oxidare depinde în principal de urm ătorii factori:
– natura materialului de adaos; – metoda de metalizare și tipul aparatului folosit;
– distanța de la duz ă la piesa de metalizat;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
– presiunea aerului comprimat;
– diametrul duzei;
Cea mai pronun țată oxidare se manifest ă în cazul metaliz ării cu material de adaos sub
formă de pulbere. Aceasta rezult ă din următoarele motive:
– flacăra este dispers ă și oxidantă;
– distanța mare care se recomand ă între duz ă și piesa de metalizat, de circa 150 – 200
[mm], dă o durată a deplasării particulelor mai mare;
– pulberea metalic ă utilizată vine ea îns ăși cu un procent de oxid mai mare decât metalul
de adaos sub form ă de sârmă.
Utilizarea metalului de adaos sub form ă de sârmă conduce la ob ținerea celui mai mic
procent de oxizi în particulele și straturile ob ținute prin pulverizare, dup ă cum se poate
constata din tabelul 1.4. Aparatul cu care s-au efectuat experien țele era de tipul cu flac ără, iar
materialul de adaos folosit a fost cuprul.
Se constat ă că în cazul pulberii procentul de oxid ajunge la o valoare de circa cinci ori mai
mare decât în cazul metaliz ării cu sârm ă, ceea ce are repercusiuni defavorabile asupra
calităților mecanice ale straturilor ob ținute cu pulbere ca metal de adaos.
Asupra procesului de formare a oxizilor în cazul metaliz ării cu flac ără și sârmă s-au emis
o serie de teorii.
Oxidarea se produce mai mult la suprafa ța piesei dup ă depunerea particulelor din cauza
turbulenței jetului de aer comprimat, care proiecteaz ă particulele.
Tabelul 1.4. Procente de oxizi ob ținute pentru metalizarea cu flac ără.
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 termic ă prin metalizare
În cazul în care distanța parcursă de particule este mică, atunci acestea deplasându-se
într-un mediu înconjurat de gaze de ardere, iar oxidarea este redus ă.
Dacă distanța se mărește, atunci mi șcarea turbulent ă a jetului de aer produce un amestec al
gazelor de ardere cu aerul, fapt care accentueaz ă oxidarea.
Din cauza temperaturii ridicate și a mediului puternic oxidant, particulele metalice se
acoperă imediat dup ă pulverizare cu un strat de oxid, care se accentueaz ă în timpul deplas ării
din cauza frec ării provocate de aer pe exteriorul particulelor.
Oxidarea continu ă apoi dup ă depunerea particulelor, din cauza cantit ății mari de aer care
vine în contact cu stratul metalizat.
Pentru reducerea oxid ării se recomand ă, când se realizeaz ă straturi groase, aceea și
precauție ca și pentru reducerea tensiunilor și anume pulverizarea intermitent ă, cu mici
perioade de oprire și răcire a straturilor.
Incluziunile de oxizi sunt d ăunătoare unei bune protec ții a straturilor metalizate prin
pulverizare termic ă contra coroziunii, dar în cazul recondi ționării organelor de ma șini uzate,
prezența oxizilor favorizeaz ă prelucrările ulterioare ale straturilor. [89]
1.4. Comportarea stra turilor din metale pulv erizate la eforturi
1.4.1. Caracteristici la trac țiune
Supunând la trac țiune un e șantion ob ținut prin pulverizarea unui metal, ruperea nu se va
produce în sec țiunile particulelor, ci dup ă conturul acestora.
Din acest motiv rezisten ța la tracțiune a straturilor ob ținute prin pulverizare termic ă este
mai mică decât în cazul aceluia și metal compact.
Aceast ă 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 termic ă prin metalizare
– procentul de oxizi;
– metoda de preg ătire a suprafe ței înainte de metalizare.
La unele metale sau aliaje, cum este cazul cuprului, o țelului sau alamei, diferen ța între
rezistența la rupere prin trac țiune a metalului compact și aceea a stratului pulverizat este
destul de important ă, pe când la alte metale, de exemplu plumbul sau zincul, diferen ța este
mai mică.
În tabelul 1.5 sunt indicate valorile rezisten ței la rupere pentru materialul straturilor
obținute prin pulverizare termic ă cu flacără sau cu arc electric, la varia ții ale con ținutului de
carbon. Materialul de adaos folosit a fost sub form ă de sârmă. [26]
Tabelul 1.5. Rezisten ța la rupere a unor straturi ob ținute prin pulverizare termic ă cu flacără
și arc electric.
Metoda de pulverizare termic ă 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 asemenea, rezisten ța la rupere variaz ă în funcție de natura gazelor combustibile
utilizate la pulverizare (tabelul 1.6)
Tabelul 1.6. Rezisten ța la rupere în func ție 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. Rezisten ța la compresiune
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Straturile de metale pulverizate rezist ă bine la compresiune, ceea ce reprezint ă o calitate
important ă pentru comportarea organelor de ma șini recondi ționate prin pulverizare termic ă.
Rezistența la compresiune depinde de:
– distanța de pulverizare;
– presiunea aerului comprimat;
– diametrul duzei de aer.
Astfel, rezisten ța la compresiune scade o dat ă cu creșterea distan ței de pulverizare, și este
direct propor țională 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 creșterii
durității este ecruisarea stratului, provocat ă de loviturile succesive ale particulelor în punctele
de impact. De asemenea, prin efectul jetului de aer comprimat se pot forma constituen ți de
călire, ceea ce conduce la cre șterea durit ății. În cazul folosirii materialului de adaos sub form ă
de pulbere, duritatea poate s ă crească și datorită măririi procentului de oxizi.
Următorii factori determin ă o creștere a durit ății:
– grosimea stratului metalizat; – presiunea aerului comprimat;
– presiunea oxigenului și gazului combustibil la aparatele de pulverizat cu flac ăra de gaze;
– viteza de avans a sârmelor în cazul metaliz ării cu sârm ă.
Scăderea durit ății este provocat ă de:
– porozitatea stratului;
– temperatura stratului dup ă terminarea metaliz ării, în cazul când dep ășește 200 [0C];
– distanța de pulverizare.
În tabelul 1.7 sunt date câteva exemple ale durit ății pentru straturi ob ținute din metale
pulverizate cu flac ără, comparativ cu durit ățile metalelor respective, sub form ă turnată.
Tabelul 1.7. Duritatea straturilor din metale pulverizate cu flac ără 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 termic ă prin metalizare
Aluminiu 35-40 21 66-91 –
Zinc 18-23 24 – 25-4
Cupru 62-91 50 24-71 –
În tabelul 1.8 se dau durit ățile straturilor ob ținute prin pulverizarea unor metale și aliaje
curent utilizate.
Se remarc ă scăderea durit ății când distan ța de pulverizare cre ște, deoarece se accentueaz ă
porozitatea stratului ob ținut prin pulverizare.
S-au efectuat încerc ări experimentale de pulverizare termic ă, utilizând azot în loc de aer
comprimat, pentru a se evita oxidarea, ob ținându-se îns ă durități mai reduse. De asemenea s-a
constatat c ă efectuarea unui tratament termic de recoacere mic șorează duritatea unui strat de
metal pulverizat, în func ție de temperatura și durata tratamentului.
Tabelul 1.8. Durit ăți ale unor metale și aliaje pulverizate.
Materialul Forma
materialului
de adaos Procedeul de
metalizare Distanța de
pulverizare,
[mm] Duritatea stratului
Vickers Brinell
Oțel cu 0,7% C Sârm ă Flacără
oxiacetilenic ă 100 236 –
Oțel cu 0,7% C Sârm ă Arc electric 100 – 315
Oțel inoxidabil Sârm ă Flacără
oxiacetilenic ă 180 – 187
Aluminiu Sârm ă Flacără
oxiacetilenic ă 100 65 –
Aluminiu Sârm ă Flacără
oxiacetilenic ă 100 – 44
Zinc Sârm ă Flacără
oxiacetilenic ă 75 26,2 –
Zinc Sârm ă Flacără
oxiacetilenic ă 125 21,3 –
Zinc Pulbere Flacără
oxiacetilenic ă 200 28 –
Zinc Pulbere Flac ără 300 19 –
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
oxiacetilenic ă
Zinc Sârm ă Arc electric 100 – 32
Cupru Pulbere Flacără
oxiacetilenic ă 200 66 –
Alamă Sârm ă Arc electric 100 – 103
1.4.4. Rezisten ța la oboseal ă
O chestiune important ă în domeniul metaliz ării prin pulverizare termic ă pentru
recondiționarea organelor de ma șini uzate, este influen ța stratului metalizat asupra rezisten ței
la oboseal ă a acestor organe.
Literatura tehnic ă dă în general urm ătoarele indica ții:
– tratamentele mecanice de suprafa ță, cum este de exemplu cioc ănirea cu alice sau rularea
cu role, unele tratamente termice, de exemplu c ălirea, sau termochimice, ca nitrurarea sau
cementarea, m ăresc rezisten ța la oboseal ă a pieselor tratate;
– unele straturi metalice de acoperire, cum sunt cele ob ținute prin cromare sau nichelare,
care măresc rezisten ța la coroziune a pieselor de baz ă au un efect defavorabil asupra
rezistenței la oboseal ă a acestora;
– eforturile la compresiune m ăresc rezisten ța la oboseal ă.
1.5. Preg ătirea suprafe țelor pentru metalizare
Procesul de metalizare cu flac ără de gaze cupride urm ătoarele opera ții:
Controlul vizual al pieselor
Personalul de specialitate din cadrul sec țiilor de între ținere și reparații au obliga ția de a
verifica starea tehnic ă și modul de func ționare a ma șinilor, utilajelor și a instala țiilor din
dotare, în prim ă fază, fără oprirea acestora. În continuare se face m ăsurarea:
– produselor realizate cu ajutorul ma șinii respective și se constat ă abaterile;
– parametrilor principali (viteze, temperatura, zgomote, vibra ții, presiuni etc).
Curățarea și degresarea
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Înainte de demontarea pe subansambluri și piese a ma șinilor, utilajelor și instalațiilor, se
execută o prespălare în scopul îndep ărtării noroiului și a altor depuneri. Opera ția se execut ă cu
apă rece sau cald ă la presiuni de (0,5…1,0) [MPa], în locuri special amenajate (platforme,
rampe etc).
Adăugarea unor detergen ți în apă asigură o spălare mai bun ă și mai rapid ă.
La repara ții curente, se demonteaz ă numai subansamblurile defecte, iar la repara țiile
capitale, se demonteaz ă întreaga ma șină, utilaj sau instala ție.
Pentru a se crea posibilitatea constat ării tehnice, sort ării, recondi ționării și montării
pieselor, suprafe țele acestora sunt supuse procesului de cur ățare și spălare:
– fierberea pieselor în b ăi staționare în solu ții bazice (cu pân ă la 10 % NaOH) la
temperaturi de (80-90 )[0C] și spălarea cu jeturi la presiuni de (0,3…0,5) [MPa] de solu ție 3%
NaOH la temperatura de (90…95) [0C];
– spălarea cu jet de lichid (ap ă cu fosfat trisodic, sod ă calcinată, azotat de sodium sau
silicat de sodiun) și limpezire cu ap ă 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 termochimic ă în soluții de săruri topite sau baze la temperatura de cca 400[0C].
Pentru degresarea suprafe țelor se folosesc diferi ți produși chimici. [71]
Controlul complex
Operațiile de control ale pieselor demontate, în vederea sort ării lor, se efectueaz ă prin :
-control vizual, care pune în eviden ță prezența defectelor exterioare (rupturi, fisuri,
crăpături, deforma ții, gripări etc);
-control cu mijloace universale de m ăsurat și controlat sau cu dispozitive speciale pentru
determinare m ărimii uzurilor, a deforma țiilor, încovoierilor, torsion ărilor, bătăilor radiale și
frontale, abaterilor de form ă.
Pregătirea suprafe țelor de metalizat
Pregătirea suprafe țelor este cea mai important ă operație din întregul proces tehnologic de
recondiționare prin metalizare cu flac ără de gaze.
De conceperea și realizarea acestei opera ții, depinde aderen ța stratului metalizat pe piesa
de bază.
Operația de preg ătire a pieselor în vederea recondi ționării prin metalizare cuprinde:
– prelucrarea mecanic ă, în vederea asigur ării grosimii stratului metalizat;
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
– prelucrarea mecanic ă urmată de sablare, în vederea asigur ării aderen ței stratului
metalizat. [18]
Prelucrarea mecanic ă pentru asigurarea grosimii stratului metalizat
Asigură spațiul necesar pentru metalul de adaos, care trebuie s ă aibă o grosime suficient ă,
pentru a rezista solicit ărilor în timpul func ționării pieselor.
În tabelul 1.9 sunt 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 pieselor din zona de
recondiționare, [mm] Grosimea maxim ă a stratului pe raz ă
[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 suprafa ța de recondi ționat este
situată într-o zon ă centrală (fig 1.16), aceasta se prelucreaz ă pe porțiunea uzat ă și chiar pe
porțiunile neuzate adiacente la un diametru dat de rela ția:
d=D-(L u-Gm) [mm] (1.7)
în care: D-diametrul ini țial al piesei, [mm];
L u-limita maxim ă de uzare pe diametru, [mm];
G m-grosimea minim ă a stratului depus pe diametru, [mm].
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Fig.1.16. Prelucrarea pieselor cilindrice, când suprafa ța de recondi ționat se afl ă într-o zon ă
centrală: 1-piesă; 2-spațiul pentru stratul metalizat; D-diametrul por țiunii neprelucrate; d-
diametrul por țiunii ce trebuie metalizat ă.
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], pentru m ărirea aderen ței. [70]
La prelucrarea pieselor cilindrice când suprafa ța de recondi ționat se afl ă la extremit ăți
(fig.1.17), deoarece stratul metalizat depus la cap ătul unui arbore are în zona extrem ă tendința
de a se resfrânge, sl ăbind aderen ța, se va urm ări pe cât posibil , ca prelucrarea zonei de
recondiționat să se execute ca în figura 4.6 l ăsându-se la marginea piesei de metalizat un prag
pe o lungime de 1,5 [mm].
Fig.1.17. Prelucrarea pieselor cilindrice, când suprafa ța de recondi ționat se afl ă la
extremități: a-metalizare cu prag la cap ătul piesei:1-pies ă;2-prag;b-metalizare f ără prag și
cu strunjirea extremit ății piesei:1-pies ă;2-porțiune strunjit ă.
Dacă zona uzat ă se extinde pân ă la capătul piesei, atunci prelucrarea se va executa ca în
figura1.17 b, 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 recondi ționează numai
o zonă uzată a acestor tipuri de piese, se execut ă mecanic pân ă la dispari ția totală a urmelor de
uzare.
Se prelucreaz ă apoi marginile sub form ă de coadă de rândunic ă în cazul pieselor cu zone
uzate reduse. Pentru suprafe țe uzate mari se vor introduce șuruburi cu cap conic.
Când zona uzat ă este amplasat ă la extremitatea piesei, prelucrarea se va face ca în figura
1.18, prin executarea unor caneluri care vor împiedica r ăsfrângerea stratului metalizat.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Fig.1.18. Prelucrarea unei suprafe țe plane cu uzur ă la extremitatea piesei:1-pies ă;2-
suprafață de metalizat;3-caneluri.
Prelucrarea mecanic ă pentru asigurarea aderen ței stratului metalizat
Se realizeaz ă prin mai multe metode:
Prin înfășurarea cu sârm ă, aplicată în cazul recondi ționării unor suprafe țe convexe
foarte dure, sau când dup ă prelucrările anterioare în vederea metaliz ării, piesa a ajuns la
limita inferioar ă a rezisten ței și oricare alt mod de prelucrare mecanic ă ar putea periclita
siguranța ei în exploatare. Dup ă prelucrarea mecanic ă a suprafe ței pentru asigurarea
grosimii necesare a stratului depus, se înf ășoară o sârmă cu diametrul de aproximativ 60
[%] din grosimea stratului metalizat și pasul de (4…6) ori diametrul sâmei, fixat ă la
ambele extremit ăți prin puncte de sudur ă pe piesă.
Urmează sablarea suprafe ței respective și suflarea cu aer uscat, pentru eliminarea
particulelor abrazive r ămase sub sârm ă;
Prin filetare adânc ă, când se metalizeaz ă suprafețele pieselor care nu
suportă solicitări mari.
Pentru asigurarea grosimii minime a stra tului depus se va strunji un filet ascu țit cu un
unghi la vârf de 600, dintr-o singur ă trecere, pentru ca flancurile filetului s ă prezinte cât mai
multe rugozit ăți, după care se va executa o aplatizare a vârfurilor prin strivire (suprafe țe
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 1.10 Valorile vitezei periferice a piesei de prelucrat.
Material de
prelucrat Oțel moale Oțel dur Bronz cu staniu Alamă Aluminiu
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Viteza periferic ă,
[m/min] 25 15 30 40 80
Pentru preg ătirea suprafe țelor concave , se va efectua un filet tip fier ăstrău (figura 1.19),
pasul fiind ales la fel ca la filetul ascu țit. După filetare, vârfurile filetului nu se mai aplatiseaz ă
prin strivire, ob ținându-se totu și o foarte bun ă aderență.
Fig.1.19. Prelucrarea suprafe țelor concave prin filetare în vederea metaliz ării.1-piesă; 2-
filet ascuțit tip ferăstrău.
Se recomand ă a se completa procedeul prin depunerea unui strat de metal intermediar.
Prin filetare vibrat ă, la piesele cu solicit ări reduse sau când stratul depus are o
grosime relativ redus ă. Operația constă în prelucrarea unui filet ascu țit pe suprafa ța
respectivă, dar prin a șezarea vârfului cu țitului de strung sub axa piesei, cu țitul se monteaz ă în
consolă în portcu țitul mașinii de strunjit cu (100…150) [mm].
Parametrii geometrici ai cu țitului vor fi:
– unghiul de degajare ( γ),00;
– unghiul principal de a șezare (α), (3…5)0;
– unghiul la vârf ( ε), (60…70)0;
– unghiul de ascu țire (β), (8,5-8,7)0;
– viteza periferic ă a piesei (v p), (6…10) [m/min].
Deplasarea cu țitului de strung fa ță de axa piesei și parametrii geometrici ai filetului vibrat,
pentru piese din o țel cu conținut redus de carbon sunt prezenta ți în tabelele 1.11 și 1.12.
Tabelul 1.11. Valoarea deplas ării cuțitului de strung fa ță de axa piesei de prelucrat și a
diametrului ei.
Diametrul piesei,
[mm] Turația piesei, [rot/min] Deplasarea cu țitului față
de axa piesei, [mm]
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă 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
Tabelul 1.12. Valoarea parametrilor geometrici ai filetului vibrat când piesa de baz ă 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 recomand ă pentru îmbun ătățirea aderen ței, ca prelucrarea filetului vibrat s ă fie urmat ă
de o aplatizare a vârfurilor tot prin striere.
Prin executarea de filet elicoidal rotund , când piesele sunt din: font ă (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 executa canale circulare (fig.1.20.b) cu l ățimea canalelor
A=(1,1…1,25) [mm] și distanța dintre canale B=(0,6…0,7) [mm], când piesa este din font ă sau
B=0,4 [mm], când piesa este din o țel, după care vârfurile filetului se vor aplatiza cu ajutorul
unui dispozitiv de striat în form ă de V.
În timpul execut ării operației de metalizare, primele treceri se vor executa sub un unghi de
450 (fig.1.20 b) fa ță de piesă, orientându-l la fiecare trecere în alt sens.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Fig.1.20. Prelucrarea suprafe țelor de metalizat prin executarea canalelor elicoidale:
a-cu țit de strung cu vârful profilat:1-corpul cu țitului;2-vârful cu țitului;3-lățimea
cuțitului; b-executarea canalelor circulare:1-pies ă; 2-canale circulare; 3-adâncimea
canalului;4-con de pulverizare; A-l ățimea canalelor; B-distan ța dintre canale.
Prin depunere ini țială de materiale sintetice pe baz ă de nailon , rezultat din
dizolvarea a 250 [g] de nailon într-un litru de fenol.
Se aplică în cazul în care nu exist ă posibilitatea de sablare iar piesa este supus ă la eforturi
minime.
Pregătirea suprafe ței de metalizat prin utilizarea de straturi intermediare de
metale sau aliaje
Acest proces const ă în metalizarea unui strat ini țial din metal, cu punct înalt de topire,
care formeaz ă puncte de microsud ări cu piesa de baz ă, stratul de lucru urmând a se depune în
continuare peste acest strat intermediar.
Pentru ob ținerea stratului intermediar se utilizeaz ă:
Molibdenul sau aliaj cu minimum 70% Mo sub form ă de sârmă, topirea f ăcându-se
cu flacără oxiacetilenic ă neutră, cel mult u șor oxidant ă. Operația de metalizare se va executa
menținând capul aparatului de metalizare la o distan ță de (125…150) [mm] de suprafa ța
piesei.
Aceste straturi intermediare se utilizeaz ă numai la piese a c ăror temperatur ă în exploatare
nu depășește 300 [0C], deoarece peste aceast ă temperatur ă stratul intermediar se oxideaz ă
puternic și se desprinde de pe suprafa ța piesei. Ele nu se vor utiliza când piesele vin în contact
cu substan țele corozive, decât dac ă stratul de lucru depus ulterior este perfect etan ș.
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
Aliaje nichel-aluminiu (80%Ni+20%Al) cu următoarele avantaje față de molibden:
– aderență superioar ă (40 [Mpa]) pe orice metal sau aliaj;
– strat aderent pân ă la 1050 [0C];
– porozitate mai mare.
Aliajul se tope ște numai în flac ără oxiacetilenic ă cu degajare mare de c ăldură și energie:
3Ni+Al=Ni 3Al+153 [Kj/mol]
Ni+Al=NiAl+134 [Kj/mol]
2Al+3/2O 2=Al 2O3+1670 [Kj/mol]
2NiAl+5/2O 2=Al 2O3+2NiO+1890 [Kj/mol]
2Ni 3Al+9/2O 2=Al 2O3 +6NiO+2850 [Kj/mol],
rezultând o re țea de sudare care are o p ătrundere de (12…15) [µm] în metalul piesei.
Aliaje crom-aluminiu-fier (30%Cr + 5%Al +65% Fe) care datorit ă reacției
exoterme care are loc la trecerea sârmei prin flac ăra aparatului de metalizat, particulele de
metal pulverizat ajung la o temperatur ă de 2500 [0C], creând o bun ă aderență pe piesă de
(32…34) [Mpa], prin formarea unor micropuncte de sudare.
Pregătirea suprafe țelor de metalizat prin sablare
Are drept scop cre șterea rugozit ății suprafe ței, curate și fără urme de lubrifian ți sau de
apă.
Eventualele impurit ăți de pe suprafa ța piesei (vopsea, calamin ă, lubrifian ți etc) se vor
îndrepta ini țial prin sablare cu nisip.
Parametrii tehnologic i în cazul utiliz ării sablării cu corindon 125 sunt urm ătorii:
– presiunea aerului comprimat (p), (0,55…0,7) [MPa];
– distanța duză-piesă (L), (80…100) [mm];
– diametrul ajutajului ( Φd), (10…15) [mm];
– unghiul jetului abraziv fa ță de piesă (a), (75…90) 0.
Zonele adiacente care nu trebuie sablate se vor proteja cu carton, tabl ă subțire sau țesături
textile.
Suprafața piesei sablate trebuie s ă capete o nuan ță mată, cu o rugozitate pronun țată.
Sablarea cu corindon 125 este recomandat ă pentru orice material al piesei, iar sablarea cu
alice de o țel călit, se recomand ă numai în cazul depunerilor anticorozive.
Deoarece suprafa ța sablată se oxideaz ă foarte rapid, ducând la reproducerea aderen ței sau
la inexisten ța ei, între opera ția de sablare și operația de metalizare nu trebuie s ă existe un
interval mai mare de 2 ore. [71]
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
1.6. Alegerea materialelor de adaos pentru procedeele de metalizare
Sârme
Zinc- pentru pulverizare se fo losesc diferite sortimente de zinc cu o puritate de
peste 99 [%]. Cu cât puritatea este mai ridicat ă cu atât metalul depus este mai
compact iar prelucrabilitatea este mai bun ă. Zincul este pulverizat în special pentru
protecția anticoroziv ă a metalelor feroase.
Aluminiu – se folose ște aluminiu cu o puritate mai mare de 99,5 [%]. Deosebit
de nocivă este prezen ța concomitent ă în aluminiu a impurit ăților de fier și siliciu.
Molibdenul – se folose ște sârmă de molibden cu o puritate de 99,95 [%.] Se
utilizează ca strat de aderen ță și ca strat de uzur ă atunci când piesele lucreaz ă la
temperaturi mai sc ăzute de 300 [0C].
Staniu- se utilizeaz ă pentru pulverizarea straturilor stabile la ac țiunea acizilor.
Cuprul și aliajele sale- se folosesc în electrotehnic ă și pentru straturi
decorative.
Bronzurile – prezint ă o bună rezistență la coroziune, mai ales în ap ă de mare.
Alama – are o rezisten ță mare la coroziune și se utilizeaz ă pentru protec ția
anticoroziv ă a unor repere ce vin în contact cu apa de mare.
Nichelul și aliajele sale – se folosesc pentru protec ția la coroziune.
Crom –nichel – aliajul con ține 80% Ni , 20% Cr- nu se oxideaz ă la temperaturi
înalte și rezistă bine la ac țiunea acizilor și a hidroxidului alcalin.
Cupru-nichel (monel)- are o rezisten ță ridicată la coroziune la: acizi, ap ă sărată,
soluții neutre și alcaline.
Oțelurile carbon – sunt cele mai r ăspândite materiale, ele se pulverizeaz ă pe
piesele uzate pentru a se reface geometria acestora. Prezint ă o rezisten ță scăzută la
uzare, ins ă ea poate cre ște prin introducerea unui procent ridicat de C, Mn, Cr.
Oțelurile inoxidabile- se folosesc pentru protec ție anticoroziv ă și pentru m ărirea
rezistenței la uzare a unor piese.
Pulberi
În țara noastr ă s-au realizat pulberi din sistemul Ni-Cr-B-Si, Co-Cr-C-W, NiAl care s-au
dovedit a fi corespunz ătoare pentru realizarea unor straturi metalizate rezistente la uzur ă . În
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
compoziția acestor aliaje nichelul reprezint ă componentul principal formând o solu ție solidă,
cromul reprezint ă elemental care formeaz ă particule dure, borul și siliciul dau boruri și
siliciuri binare și ternare cu nichelul și cromul, coboar ă temperatura de topire a aliajelor și
contribuie la realizarea dezoxid ării suprafe țelor de depunere. Duritatea aliajelor prezint ă o
creștere în func ție de con ținutul de siliciu, valoarea maxim ă fiind de 10-13% Si. În cazul unor
conținuturi mai mari , duritatea scade ca urmare a cre șterii cantit ății de eutectice ternare cu o
fragilitate mai ridicat ă. Soluția solidă pe bază de nichel la microscop se identific ă ușor având
structură dendritic ă. [26]
1.7. Tehnica metaliz ării
În vederea execut ării metaliz ării prin pulverizare, piesele de rezolu ție se fixeaz ă pe
mașini de strunjit sau în dispozitive, prev ăzute cu hote ce absorb particulele de metal
pulverizat și gazele rezultate. Tura ția pieselor se alege în func ție de diametrul piesei în zona
de metalizat situându-se în limitele (30…60) [rot/min].
După suflarea cu aer comprimat filtrat a suprafe ței sablate, se protejeaz ă suprafețele
adiacente zonei care se recondi ționează cu benzi abrazive, tabl ă subțire, pastă protectoare,
materiale textile etc.
Temperatura de preînc ălzire este determinat ă de temperatura maxim ă de preînc ălzire a
piesei pe perioada metaliz ării, fiind cuprins ă între (60…150) [0C]. Reînc ălzirea se efectueaz ă
cu arzătoare de oxigaz, iar când metalizarea se realizeaz ă cu sârmă, operația de încălzire se
execută chiar cu aparatul de pulverizare, cu avansul sârmei oprit.
Distanța duză-piesă este cuprins ă între (180…200) [mm] cu excep ția cazurilor în care se
pulverizeaz ă metale pentru straturile intermediare, când distan ța va fi de (125…150) [mm].
Rezultatele cele mai bune se ob țin când unghiul dintre suprafa ța piesei și axa conului de
metal pulverizat este de 900, putând fi mic șorat până la 450.
Când suprafa ța piesei este preg ătită prin filetare, înf ășurare și executarea canalelor
elicoidale, este necesar ca primele treceri s ă se execute cu un unghi de pulverizare de 450.
În cazul depunerii straturilor de metal mai groase de 0,5 [mm], se vor lua urm ătoarele
măsuri de prevenire a fisurilor:
– aplicarea preînc ălzirii piesei,
– menținerea piesei în stare rece, prin utilizarea unui curent de aer sub presiune
orientat spre fa ța opusă celei care se metalizeaz ă;
– efectuarea unei pulveriz ări intermitente, prin depunerea de straturi succesive,
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
cu pauze acordate pentru r ăcirea piesei.
Avansul sârmei trebuie s ă fie mare, în caz contrar particulele pulverizate vor fi fine și
puternic oxidate (strat fragil cu rezisten ță redusă la oboseal ă și susceptibil de fisurare).
Dacă viteza de transla ție a aparatului de pulverizare va fi mic ă, va rezulta un strat fragil,
cu tensiuni interne, iar când vi teza va fi mai mare se va ob ține o depunere necorespunz ătoare.
[71]
Porozitatea stratului metalizat constituie în general un avantaj în func ționarea pieselor
recondiționate prin îmbun ătățirea condi țiilor de lubrifiere. Pentru piese care lucreaz ă în
condiții de presiuni mari, uleiul supus acestor presiuni va p ătrunde în porozitatea stratului de
metal dislocându-l. În acest caz, ca și în cazul depunerilor anticorozive, dup ă terminarea
operației de pulverizare și înainte de prelucrarea mecanic ă finală se execut ă o împregnare
cu:
– lac de bachelit ă diluat în alcool etilic concentrat într-o propor ție de (60…60)
[%] care asigur ă o bună rezistență la agenții chimici pân ă la aproximativ 250 [0C];
– clorur ă de polivinil pentru straturile din aluminiu sau zinc, în scopuri
anticorozive;
– r ășini aurinice pentru straturi din orice metal.
1.8 Concluzii
Sintetizând datele din stadiul actual al cercet ărilor privind procedeele de
recondiționare prin metalizare se pot formula urm ătoarele concluzii:
1. Cerințele actuale de sporire a productivit ății au impus implementarea în practic ă a
unor procedee eficiente de recondi ționare a echipamentelor tehnologice printre care se
enumeră și recondiționarea prin metalizare.
2. Metalizarea prin pulverizare se face, în momentul de fa ță, prin mai multe procedee
cum ar fi:
– cu flac ără și pulbere
– cu arc electric
– cu jet de plasm ă
– cu curen ți de înaltă frecvență
Cap.1. Tehnologii de acoperire termic ă prin metalizare
– prin detona ție
3. Din punctul de vedere al ponderii procedeelor de metalizare, cel mai utilizat procedeu
este metalizarea cu flac ără care deține 60 [%] din pia ța metaliz ării termice din
România. Aceasta se datoreaz ă în primul rând gazelor de lucru precum și a
echipamentelor mai ieftine. Materialele de adaos cele mai utilizate ramân o țelurile dar
față de sondajele precedente se constat ă o creștere a aplica țiilor cu materiale ceramice.
4. În urma analizei cercet ărilor actuale atât pe plan na țional cât și internațional, se pot
evidenția dezavantajele procedeelor de metalizare prin pulverizare și anume: rezisten ța
redusă a straturilor depuse la încovoiere și tracțiune; preg ătirea amănunțită a
suprafețelor ce urmeaz ă a fi metalizate; piesele metalizate nu pot fi prelucrate prin
filetare, g ăurire și deformare plastic ă.
5. În acest sens direc ția de cercetare abordat ă în prezenta tez ă este îmbun ătățirea calității
straturilor depuse prin metalizare. Acest lucr u se poate realiza prin optimizarea vitezei
particulei, a temperaturii ei și a temperaturii substratului, care reprezint ă parametrii
principali ce afecteaz ă 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 TERMIC Ă PRIN [626467] (ID: 626467)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.