Comportarea la uzare a staturilor WC-Cobalt-Crom-Nichel pulverizate Termic [309857]

Comportarea la uzare a [anonimizat]-Crom-Nichel pulverizate Termic

1.Tipuri de uzare

Uzarea Materialelor(carte)

Uzarea reprezinta fenomenul de inlaturarea de material de pe suprafetele solide ca urmare a unor actiuni mecanice.

[anonimizat] .Uzarea poate fi de mai multe tipuri:

-[anonimizat].

-[anonimizat].[anonimizat] o [anonimizat](Exemplu: particulele de ciment pe polietilena).

-[anonimizat] o suprafata si o [anonimizat].

Uzarea Adeziva

Este un fenoment important datorita tensiunilor mari de contact care apar pe suprafata de contact si fapului ca aceste tensiuni se mentin la valori ridicate pe toata durata de functionare a produsului.

Uzarea adeziva este de mai multe tipuri:

[anonimizat],una fata de cealalta ,o miscare oscilatorie cu amplitudine redusa .[anonimizat].

Uzarea adeziva prin depunere

Se produce pe zonele de contact local dintre doua corpuri metalice si consta din transferul de material intre suprafetele in contact.Mai intai apare modificarea formei celor doua suprafete.Este cu atat mai intensa cu cat presiunile si durata de contact sunt mai mari.O forma de uzura similara este este uzura adeziva prin razuire care are ca efect indepartarea asperitatilor de pe una din suprafete.

[anonimizat],in absenta topirii locale.

[anonimizat] a suprafetelor in contact ca urmare a [anonimizat],in mediul de lucru reactioneaza formand o pelicula de oxizi .Este o forma de uzura usoara intalnita in sistemele incarcate cu sarcini mai reduse.[anonimizat].

[anonimizat].Se poate manifesta sub urmatoarele forme:

[anonimizat],fiind datorata unor particule dure antrenate in zona de miscare relativa.[anonimizat](graunti de nisip ) se gasesc in mod frecvent si in cantitate mare pe calea de rulare ca urmare a deteriorarii sistemelor de etansare.

[anonimizat].Reprezinta o forma de uzura mai severa decat cea prezentata anterior,apare in zona de contact sub forma unor canale superficiale sau chiar mai adanci,orientate in directia de miscare.

Uzarea abraziva prin indepartare de material-Este cauzata de loviturile repetate ale suprafetei metalice de catre particulelor abrazive antrenate in miscare de catre elementele mobile ale utilajului .Acest fenomen este mai evident cu cat vitezele relative ale elementelor in miscare sunt mai mari .

Uzarea abraziva prin polizare –Forma progresiva si neintentionata si neintentionata de netezire a suprafetelor metalice prin indepartarea de material de catre un element aflat in miscare de rotatie care devine suport pentru particulele abrazive fine.Desi suprafata afectata are o calitate corespunzatoare ,elementele afectate sunt scoase din uz prin modificarea dimensiunilor geometrice.

Uzarea prin eroziune se poate manifesta sub mai multe forme:

Uzarea prin eroziune cu jet lichid –se manifesta prin indepartarea de material de pe o suprafata metalica prin actiunea unui jet de lichid cu presiune mare care loveste suprafata.

Uzarea prin eroziune cu particule solide (Sablarea)-Consta din indepartarea unor particule de metal sub forma de aschii ca urmare a actiunii unor particule solide care lovesc suprafata metalului.

Uzarea prin cavitatie-Se manifesta ca urmare a actiunii unor bule de gaz care se distrug in vecinatatea suprafetei metalice.

Uzarea prin eroziune cu supensii -se manifesta din indepartarea de metal sub forma de aschii ca urmare a actiunii unor jeturi de lichide care contin particule solide de dimensiuni mici aflate in suspensie.

Uzarea prin oboseala-Piesele sunt supuse la solicitari ciclice pe durate mari.Formele sub care se poate manifesta uzura datorita fenomenului de oboseala sunt:

Pittingul –Apare datorita formarii unor fisuri in interiorul materialului metalic,ca urmare a solicitarilor repetate.Se intalneste la angrenaje,la rulmenti si came.Formarea microfisurilor in material si dezvoltarea acestora pana in momentul desprinderii unor particule metalice se explica prin faptul ca efortul din material atinge valori maxime la o anumita distanta de suprafata.

Exfolierea –Reprezinta o forma de uzare prin oboseala care se produce conform mecanismului intalnit la pitting si are ca efect inlaturarea unor straturi de material depus.Se intalneste la materialele metalice acoperite anterior cu straturi dure in scopul imbunatatirii rezistentei la uzare.

Oboseala prin impact-Are loc intre doua corpuri solide,ca urmare a unor impacturi repetate,prin incarcarea repetata a suprafetelor metalice cu sarcini statice care produc deformatii plastice similare cu cele intalnite la metoda de incercare a duritatii Brinell.

4.Metode de obtinere

Obtinerea straturilor prin procedeele de pulberizare termica are urmatoarele avantaje:

Se poate executa in afara atelierului si pe suprafete oricat de mari;

Incalzirea metalului suport este moderata,astfel incat probabilitatea de aparitie a tensiunilor interne sau a fisurilor este scazuta;

Se pot executa acoperiri pe suport combustibil ca lemn ,textile etc.

Dezavantajele principale sunt:neomogenitatea si porozitatea microstraturilor .

Pulverizarea in jet de plasma

Completeaza procedeele clasice si se aplica si gamei de materiale performante cu puncte de topire ridicate.

Procedeul consta in trecerea materialului de adaos sub forma de pulbere (se poate si sarma dar se foloseste mai rar sarma) ,prin jetul de plasma obtinut prin amorsarea unui arc electric intre electrodul de wolfram (-) si ajutajul de cupru al generatorului de plasma (+).Datorita temperaturii inalte ,materialul se topeste si este antrenat de jetul de gaz spre piesa de prelucrat.Particulele ajunse pe suprafata piesei ,in stare plastica,adera pe aceasta,avand loc o ancorare mecanica,motiv pentru care rugozitatea substratului este un parametru important in comportarea stratului.

Straturile obtinute prin aceasta metoda sunt caracterizate prin densitati ridicate si o aderenta buna la materialul de baza ,formandu-se materiale noi,performante.

Ca dezavantaje putem enumera:productivitatea redusa asociata cu nivel ridicat de zgomot si concentratia ridicata a radiatiilor ultraviolete.Pe langa aceste dezavantaje ar mai fi si costul instalatiilor si intretinerii acestora foarte ridicat.

Datorita efectului puternic de comprimare a jetului de plasma in interiorul ajutajului prin efecte termodinamice de strangulare magnetica si de racire,se obtin temperaturi ridicate si viteze mari ale jetului de apa ionizat.Temperatura si viteza jetului de plasma depind de natura si debitul de gaz plasmagen ,precum si de geometria si parametrii tehnici ai generatorului de plasma.

Gazele plasmagene utilizate la pulverizare in jet de plasma sunt:Argonul,Azotul,amestecurile de gaze Ar+H2,Ar+He,N2+He,N2+H2.Alegerea gazului plasmagen se face in functie de natura pulberii utilizate (temperatura de topire) si de comportarea acesteia,din punct de vedere chimic,la temperatura jetului de plasma ,in prezenta gazului ales.

Se prefera utilizarea gazelor biatomice,care transfera pulberii o cantitate de caldura mai mare decat cele monoatomice ,daca nu se impun anumite proprietati gazului plasmagen,in privinta comportarii lui din punct de vedere chimic fata de pulberea folosita .

Pulberea se introduce in jetul de plasma ,prin intermediul unui gaz transportor,in directie radiala.Prin suprapunerea vitezei radiale a pulberii cu viteza axiala a jetului de plasma si datorita gradientilor mari de viteza,particulele de pulbere au traiectorii diferite,care depind si de granulatia(configuratia geometrica si densitatea)pulberii.

Performantele procedeului de pulverizare in jet de plasma

Pulverizarea Cu Flacara

Permite realizarea de straturi din materiale foarte greu fuzibile .Procesul consta din arderea unui amestec oxigen/gaz combustibil(propan,acetilena,hidrogen)ce produce o flacara ,in care materialul de depus este injectat,topit si accelerat de catre gazele aflate la presiune inalta,catre suprafata materialului pe care se doreste pulverizarea .Exista doua tehnici de depunere prin pulverizare cu flacara,in fucntie de forma sub care se prezinta materialul de depunere (sarma sau pulbere).In cazul pulverizarii oxi-gaz ,materialul de adaos sub forma de bara sau de sarma este alimentat prin orificiul central al arzatorului si topit cu flacara.Jetul de aer comprimat pulverizeaza materialul topit in mici fragmente,care se depus pe suprafata de prelucrare.Alimentarea cu bara sau sarma se produce cu viteza constanta ,generata de miscarea de rotatie a unor role puse in miscare de o turbina ce functioneaza cu aer comprimat(utilizat pentru pulverizare) sau cu ajutorului unui motor electric.Diametrul sarmei este pana in 3 mm.

Prin deplasarea particulelor de material in flacara are loc incalzirea continua a acestora.Datorita prezentei aerului comprimat in flacara ,o parte din aceasta prezinta un cacater puternic oxidant.Temperatura flacarii nu este mai mare de 2850°C si ,de aceea,aceasta metoda nu poate fi utilizate pentru obtinerea unor straturi metalice cu temperaturi de topire mai ridicate.

In ambele tehnici de pulverizare(pulbere sau sarma) picaturile de metal in stare topita lovesc suprafata substratului sunt imprastiate datorita energiei lor cinetice,se solidifica ,formarea stratului de acoperire avand loc prin suprapunerea unui numar mare de astfel de picaturi

Pulverizarea cu metoda HVOF(High Velocity Oxygen Fuel Spraying)

Principiul metodei

Pentru realizarea straturilor prin metoda HVOF se foloseste un amestec oxigen-gaz combustibil.Pentru sistemele de pulverizare care utilizeaza combustibil gazos ,se pot utiliza propanul,propilena,hidrogenul sau gaze naturale,in timp ce in cazul instalatiilor care utilizeaza combustibil lichid se utilizeaza kerosenul.Materialul care se depunde,este alimentat axial in pistolul de pulverizare cu ajutorul unui gaz purtator ,care de regula ,este azotul .Combustibilul este apoi amestecat cu oxigenul in interiorul pistolului ,si apoi ejectat printr-o duza amestecul fiind apoi aprins in exteriorul pistolului.Flacara produsa ,are temperaturi de pana la 2750°C ,inconjoara si incalzeste uniform pulberea.Jetul de gaz purtator proiecteaza particulele de pulbere cu viteza foarte mare (1-2 Mach, 1 Mach=340 m/s ) pe suprafata substratului.Particulele de pulbere sunt aduse intr-o stare topita sau semi-topita si aplatizate la impactul cu substratul ,unde se racesc si se solidifica ,pentru a forma stratul depus.Straturile obtinute sunt omogene si au o structura fina,prezentand porozitate scazuta si tensiuni reziduale interne reduse.

Metoda HVOF este una complexa si curpinde fenomene legate turbulente ,combustie ,fluxuri compresibile ,interactiuni multifazice ,tranzitii subsonice –supersonice ,deformare si solidificarea particulelor .In timpul pulverizarii termice cu procedeul HVOF avem patru fenomene fizico-chimice importante in fluxul termic care sunt prezentate in figura ce urmeaza:

Prima etapa este caracterizata de transformarea energiei chimice in energie termica prin oxidarea combustibilului in camera de combustie.In etapa a doua se realizeaza conversia energiei termice in energie cinetica,prin expandarea prin duza si transferul energiei de la gaze la particule ,iar in etapa a treia se obtine ,in duza,presiunea jetului necesara procesului de pulverizare termica.In etapa a patra forma lamelara a particulelor este datorata fenomenului de conversie a energiei cinetice si termice ,prin care particulele cu forma initiala sferica se deformeaza la contact cu suprafata substratului.

Proprietatile stratului depus prin metoda HVOF depind de microstructura stratului depus ,care la randul ei este influentata de starea chimica si fizica a particulelor lamelara,in momentul impactului cu subtratul.Calitatea stratului depus prin metoda HVOF depinde totodata in mare masura de parametrii procesului de pulverizare termica(dimensiunea pulberilor,puritatea gazelor folosite ,presiunea din camera de combustie datorata raportului combustibil/oxigen ,temperatura si viteza particulelor,distanta de pulverizare.)

Exista mai multe tipuri de arzatoare.Diferentele constructive dintre arzatoarele HVOF depind de:tipul de combustibil folosit si starea lui(lichida sau gazoasa),locul in care injecteaza pulberea,tipul camerei de combustie,modul de racire(aer comprimat sau apa),tipul arzatorului ,tipul geometriei duzei de iesire .Toti acesti factori influenteaza viteza si temperatura particulelor cu care se efectueaza pulverizarea termica.Din cauza presiunii foarte mari a gazelor utilizate la producerea flacarii HVOF ,de ordinul 3-9 bar ,viteza flacarii ,care antreneaza particulele in jetul de pulverizare este foarte mare fiind net superioara vitezei de lucru de la alte procedee de pulverizare termica(pulverizarea cu arc electric,pulverizarea cu flacara clasica,pulverizarea in jet de plasma).In pistolul de pulverizare se pot folosi faze combustibile care separa aceste presiuni ridicate.Combustibilii folositi in stare gazoasa sau lichida la pulverizarea HVOF sunt : metanul (CH4),propanul(C3H8),etilena(C2H2),acetilena (C2H2) ,hidrogenul(H2) si kerosenul.

Cele mai bune performante sunt obtinute la utilizarea unei duze convergente-divergente .Din cauza expandarii gazelor prin duza convergenta-divergenta ,energia termica este transformata in energie cinetica conducand la cresterea vitezei gazului de-a lungul directiei fluxului.

Gazul este accelerat cu viteze supersonice ,vitezele atingand chiar viteze de 2 Mach la iesirea din duza.Din cauza faptului ca presiunea la iesire din duza este mai mica decat presiunea ambianta,jetul este expandat si ajustat la temperatura ambianta prin ,,socuri diamant”.

In aceasta zona ,temperatura gazului variaza pe directia radiala da si longitudinala.Distributia neuniforma a temperaturii gazului in jetul de gaz determina atragerea particulelor de pulverizat ,ce intra in jetul de gaz creat in camera de combustie,care pot sa aiba diferite temperaturi si diferite traiectorii.Viteza axiala tinde sa scada in timp ce viteza radiala are valori mari.

Microstructura straturilor depuse prin pulverizare termica prin intermediul metodei HVOF depinde mult de viteza particulelor si de temperatura acestora la impactul cu substratul.Daca viteza particulelor este mai mare straturile obtinute sunt mai dense.Mentinerea temperaturii particulelor la valori ridicate in zona de impact cu substratul si in acelasi timp evitarea supraincalzirii particulelor ,in special la realizarea de depuneri nanostructurate.Substratul poate sa fie influentat de urmatorii parametrii:raportul oxigen/combustibil,presiunea camerei de combustie ,dimnesiunea particulelor,distanta de pulverizare ,viteza de injectare a particulelor.Particulele de dimensiuni mici ating cele mai mari viteze in timpul procesului de pulverizare in timp de particulele de dimensiuni mai mari au viteza mai mici.Particulele de dimensiuni mici au temperaturi mai mari in timp cele de dimensiuni mai mari au temperaturi mai mici.Temperatura particulei la impact depinde de locatia injectarii ,daca particulele au dimensiunea mai mare de 10 µm.Unghiul de injectare devine neglijabil asupra temperaturii particulelor,dimensiunea acestora fiind mai mare.

Se observa ca multe dintre particule sunt concentrate de-a lungul axei de simetrie a duzei de pulverizare,particulele fiind directionate spre subtrat cu viteze radiale.Particulele de dimensiuni mici (1 µm) sunt puternic influentate de fluxul de gaz si de fluctuatiile acestuia,particulele avand o traiectorie aleatorie.Exista sansa ca o parte din aceste particule sa paraseasca fluxul de gaz si sa nu fie depuse pe substrat.

Particulele de dimensiuni mici ,sub 20 µm au o viteza axiala de impact de 650 m/s dar pe masura ce dimensiunea particulelor creste vitezele axiale vor scadea astfel vom avea particule de dimensiuni de 100 µm care sa atinga viteze sub 300 m/s.

Din moment ce creste unghiul de impact creste si viteza axiala a particulelor la impact,la unghiul de 90° obtinandu-se o viteza maxima de 600 m/s.Nu toate particulele sunt depuse pe substrat chiar daca pozitia pistolului de pulverizare este perpendiculara pe substrat.

Un sistem complex de pulverizare cu metoda HVOF este alcatuit din trei mari componente:

-sistemul principal;

-sistemul periferic;

-sistemul de manipulare;

Sistemul principal este alcatuit din :

-pistolul HVOF ,care incalzeste pulberea si o proiecteaza catre substrat ;

-pulberea care se va depune ,aflata intr-un dozator de pulberi care dirijeaza catre pistolul de pulverizare;

-un sistem de control cu rolul de a regla debitul gazelor necesare pentru ardere.

Sistemul de manipulare este format din componentele necesare pentru controlul miscarii si pozitionarii pistolului HVOF.

Sistemul periferic include sistemul de racire cu aer a piesei de prelucrat si sistemul de circulare a apei de racire pentru pistolet.In plus este necesara o cabina izolata fonic.

Avantajele metodei HVOF sunt urmatoarele:

-recomandarea pentru depunerea de straturi rezistente la uzare si coroziune;

-obtinerea de straturi dure ,dense ,cu structura fina,omogena si adeziune ridicata;

-gradul ridicat de finisare a suprafetelor obtinute,piesele pulverizate putand fi utilizate fara prelucrari ulterioare;

-posibilitatea obtinerii de straturi cu porozitate mai redusa decat la pulverizarea cu plasma,datorita incalzirii mai reduse a particulelor si vitezelor mari ale particulelor ,in timpul procesului de pulverizare;

-procesul de pulverizare nu necesita protectie sub vid ,deci se obtin avantaje economice,datorita reducerii timpilor de lucru.

-posibilitatea pulverizarii unor amestecuri de material imposibil de depus prin procedee conventionale;

-putem pulverize si piese cu geometrii complexe.

Principalele aplicatii tipice pentru pulverizarea termica a pulberilor unice si a cermeturilor ,de obtinere a microstraturilor si straturilor cu procedeul HVOF sunt in:

-Industria metalurgica,suruburi de antrenare,la cilindri de laminare,discuri si sisteme de trefilare;

-Industria ambalajelor,la valturi canelate;

-Industria aerospatiala pentru scuturi termice si motoare;

-Industria Chimica si petrochimica,la reactoare,la armature;

-Industria tipografica ,la valturi profilate;

-Industria medicala,la realizarea implanturilor.

1. Uzura Materialelor

* Uzarea se definește ca un proces de distrugere a stratului superficial al unui corp solid la

interacțiunea mecanică cu un alt corp solid sau cu un mediu fluid cu particule solide Ón

suspensie.Dacă interacțiunea mecanică se produce sub forma unei forțe de frecare, atunci se

definește uzarea ca uzare prin frecare.

-Uzarea se defineste ca si pierderea progresiva de material de la stratul de suprafata si mai este numita si ca Solicitare tribologica.Ea se deruleaza dupa mai multe mecanisme care actioneaza simultan sau succesive.

Uzura materialelor depinde de :-Duritate

-Tenacitate

-Rezistenta mecanica

-Compozitie chimica

Din pacate uzarea nu se poate determina prin calcul .

Tipuri de Uzura:

1) Abraziunea

Ea este produsa de particule mai dure decat suprafata care urmeaza sa fie prelucrata .Muchiile sunt unghiulare si ascutite.

2) Eroziunea

Se caracterizeaza prin pierderea de material dintr-un corp solid.Solidul intra in contact cu un fluid.(Fluidele pot sa contina multicomponente sau chiar solide).

3) Uzarea Adeziva

Este definita prin pierderea progresiva din material. Doua corpuri solide care intra in contact iar forta de frecare dintre ele duce la o pierdere de material sau chiar la ruperea celui mai putin dur.

4) Oboseala suprafetei.

Ea apare atunci cand un material este supus la alunecari repetate sau la tensiuni ciclice.

Tipuri de uzare:

1)-de abraziune,

2)- de coroziune,

3)-de adeziune,

4)- de oboseala,

5) -de impact etc.

1) Uzarea de abraziune

Este provocata de prezenta particulelor dure intre suprafetele in contact sau de asperitatilor mai dure ale uneia dintre suprafetele de contact. Aceasta uzare este destul de usor de recunoscut prin urmele lasate de microaschiere, ea accelerand uzarea prin coroziune.

Particulele dure pot proveni de la forfecarea prealabila a unor contacte (uzare de adeziune), desprinderi ale unor portiuni din stratul de suprafata mai dur, prin desprinderea si evacuarea materialului unor ciupituri etc., precum si prin produsele metalice ale altor uzari.

Rezultatele uzarii abrazive sunt dependente de:

* Conditiile functionale .

* Natura abrazivului,forma si dimensiunile lui.

* Natura cuplului de materiale, in sensul ca o duritate mai mare a unei suprafetei opune o rezistenta sporita actiunii de rodare si, dimpotriva, materialele plastice pot permite implantarea particulelor dure in ele.

Prin rodarea varfurilor asperitatilor se mareste continuu suprafata de sustinere. Deoarece presiunea de contact scade invers proportional cu cresterea suprafetei, la un moment dat, intervine un echilibru de durata mai indelungata, determinata in principal de incarcare, temperatura, viteza,aceasta cu atat mai mult cu cat particulele abrazive, prin tocire sa sfarama ,isi pierd capacitatea distructiva.

2) Uzarea decoroziune

Constituie deteriorarea suprafetei de frecare putand observa pierderea de material, de greutate, datorita actiunii simultane sau succesive a factorilor chimici agresivi din componenta mediului respectiv si a solicitarilor mecanice. Mecanismul uzarii de coroziune presupune corelarea a doua efecte de coroziune: coroziunea mecanochimica si coroziunea chimica.(Aici am ramas).

Coroziunea chimica este o actiune chimica continua a mediului ambiant asupra suprafetelor elementelor componente ale masinii, utilajului sau instalatiei. Coroziunea chimica poate evolua diferit, in functie de parametrii fizico-chimici ai materialului respectiv. In perioada de repaus aceasta coroziune actioneaza ca proces chimic numai asupra suprafetelor deschise, care nu trec prin zona de contact si celorlalte suprafete libere. Ca forme de coroziune chimice se disting:

Ruginirea, care este o coroziune electrochimica a fierului ce se datoreaza actiunii combinate a oxigenului si apei si poate sa apara in aer la temperatura normala.

Coroziunea in mediu librifiant, de natura electrochimica, apare in cazul prezentei in lubrifianti a unor mici cantitati de apa care, in contact cu suprafata, formeaza microcelule electrolitice. Corozivitatea lubrifiantilor se poate datora si sulfului provenit din uleiul de baza sau din combustibil.

Coroziunea mecanochimica (tribochimica) se refera la modificarile suferite de suprafata de frecare in timpul functionarii. Dupa natura solicitarilor mecanice sunt acceptate urmatoarele subclase:

* coroziunea de tensionare, ce apare datorita solicitarilor mecanice statice prin care se distruge stratul protector, producandu-se o intensificare a efectului corosiv;

* coroziunea de oboseala, care apare datorita solicitarilor periodice, fenomenul de oboseala propriu-zis fiind activat de prezenta unui anumit mediu ambiant. Prin actiunea combinata a factorilor mecanic si chimic, are loc cresterea uzarii si scaderea accentuata a rezistentei la oboseala;

* coroziunea tribochimica propriu-zisa, consecinta a solicitarilor de frecare .

3) Coroziune de adeziune .

O consecinta a uzarii de adeziune este griparea, care apare la sarcini mari in lipsa lubrifiantului sau la strapungerea peliculei in urma unor temperaturi locale ridicate( de exemplu in perioada de rodaj). Sub actiunea sarcinii, suprafetele se apropie la o distanta de interactiune atomica. Adeziunile, microjonctiunile puternice ce se creeaza, nu mai pot fi forfecate si deplasarea relativa intre suprafete inceteaza.

Gripajul poate avea diferite forme, in functie de temperatura la care se produce. Astfel:

* griparea la temperaturi joase este caracteristica unor viteze reduse de deplasare;apar deformatii plastice ale stratului superficial al suprafetei de frecare . Aceasta forma se caracterizeaza prin valori mari ale coeficientilor de frecare si fenomenul are o evolutie rapida.

* griparea la temperaturi inalte (griparea termica) este caracteristica unor viteze mari si apare ca urmare a energiei termice acumulate in zona de contact; coeficientul de frecare este mai mic (0,2.0,5), iar viteza uzarii mai redusa. Aparitia gripajului poate fi inlesnita de un rodaj necorespunzator, jocuri prea mici intre suprafete sau de suprafete superfinisate, lipsite de posibilitatea crearii micropungilor de ulei, utilizarea unui lubrifiant neindicat, depasirea unor parametri functionali (sarcina, viteza etc.), prezenta unei perechi de materiale antagoniste etc.

O consecinta a uzarii de adeziune este griparea, care apare la sarcini mari in lipsa lubrifiantului sau la strapungerea peliculei in urma unor temperaturi locale ridicate( de exemplu in perioada de rodaj). Sub actiunea sarcinii, suprafetele se apropie la o distanta de interactiune atomica. Adeziunile, microjonctiunile puternice ce se creeaza, nu mai pot fi forfecate si deplasarea relativa intre suprafete inceteaza.

Gripajul poate avea diferite forme, in functie de temperatura la care se produce. Astfel:

* griparea la temperaturi joase este caracteristica unor viteze reduse de deplasare;apar deformatii plastice ale stratului superficial al suprafetei de frecare . Aceasta forma se caracterizeaza prin valori mari ale coeficientilor de frecare si fenomenul are o evolutie rapida.

* griparea la temperaturi inalte (griparea termica) este caracteristica unor viteze mari si apare ca urmare a energiei termice acumulate in zona de contact; coeficientul de frecare este mai mic (0,2.0,5), iar viteza uzarii mai redusa. Aparitia gripajului poate fi inlesnita de un rodaj necorespunzator, jocuri prea mici intre suprafete sau de suprafete superfinisate, lipsite de posibilitatea crearii micropungilor de ulei, utilizarea unui lubrifiant neindicat, depasirea unor parametri functionali (sarcina, viteza etc.), prezenta unei perechi de materiale antagoniste etc.

4) Uzarea de oboseala

Se produce in urma unor solicitari ciclice a suprafetelor in contact, urmate de deformatii plastice in reteaua atomica a stratului superficial, de fisuri, ciupituri sau exfolieri. In general. Aceste uzari apar sub forma de desprinderi de particule din material, lasand urme caracteristice fiecarui gen de asemenea uzare. Uzarile de oboseala sunt:pittingul, uzarea prin exfoliere si uzarea prin cavitatie.

Pittingul este o forma a uzarii de oboseala a suprafetelor cu contacte punctiforme (de exemplu, caile de rulare a lagarelor de rostogolire) sau liniare (de exemplu, flancurile rotilor dintate) si se recunoaste sub forma caracteristica de gropite sau ciupituri (diferite de cele de adeziune provocate prin smulgeri). In aceste situatii, insusi modul de functionare da nastere unor eforturi unitare in in punctele de contact, cu caracter pulsator. Oboseala stratului se exteriorizeaza prin fisuri foarte fine in locurile slabite dintre cristale si anume, la suprafata, in punctele de concentrare a tensiunilor, sau la o anumita adancime, in stricta apropiere a suprafetei, in locul in care exista efortul unitar maxim de forfecare. Sub actiunea unor presiuni mari de contact, in prezenta unui ulei de vascozitate insuficienta, acesta patrunde in cele mai fine fisuri, contribuind la dislocarea unor particule de material printr-o puternica actiune de pana. Astfel, la inceput apar mici ciupituri care, prin cumulare, se transforma in cratere de dimensiunile unei gamalii de ac si mai mari.

Uzarea prin exfoliere (cojire) este caracterizata prin desprinderea de mici particule metalice, de ordinul a 1µm, sau de oxizi de ordinul a 0,01µm, care se produce la materiale metalice plastice, cand este depasita rezistenta la forfecare, in zonele de contact cu frecari concentrate. Exfolierea este activata de tensiunile interne ramase in urma tratamentelor defectuoase de calire, cementare sau nitrurare, prin micsorarea mobilitatii atomilor de retea. Conditiile initiale care provoaca aceasta uzare sunt diferite de cele din cazul pittingului.

Uzarea prin cavitatie este definita ca fiind un proces de distrugere a suprafetei ( i deplasare de material sub forma de mici particule) produsa de mediul lichid sau gazos in contact cu metalul, fara prezenta celei de a doua suprafete de frecare ca in celelalte forme de uzare. Se mai numeste si eroziune de cavitatie sau coroziune de cavitatie si se produce, de regula, pe suprafetele paletelor, rotoarelor de pompa, cilindrii motoarelor Diesel etc., care sunt in contact cu fluide la viteze mari. Uzarea prin cavitatie se explica astfel: la miscarile relative mari sau la schimbari de viteza dintre un lichid si metal, presiunile locale devin reduse, in fluid se produce transformarea de energie, temperatura lichidului depaseste punctul de fierbere si se formeaza mici pungi de vapori si gaze ( bule de cavitatie). Cand presiunea revine la normal (sau creste) se produce o implozie (spargerea bulelor). Cu forte mari de impact pe microzonele suprafetei metalice, producandu-se oboseala stratului si aparitia de ciupituri de cavitatie.

5)Uzarea de impact

impact se poate produce si in functionarea unor organe de masini: came, roti dintate etc. atunci cand, impreuna cu alunecarea sau rostogolirea ( de exemplu, pe flancurile rotilor dintate), are loc si un impact compus.

Uzarea de impact poate fi clasificata in doua categorii:

* uzare prin percutie

* uzare prin eroziune.

In general, uzarea de impact contine mecanismele de baza ale uzarii: de adeziune, abraziune, oboseala de suprafata, uzare chimica si termica.

Acoperiri prin pulverizare termica

Pulverizarea termica (PT) este un procedeu conex sudarii,utilizat in scopul realizarii unor acoperiri de protectie ,reconditionarii unor componente ,pentru considerente estetice respectiv generarea unor forme.

Pulverizarea termica cuprinde toate procedeele prin care materialul de adaos pentru pulverizare sunt aduse in stare plastica ,in interiorul sau exteriorul aparatelor de pulverizare si apoi sunt pulverizate pe suprafata materialului de baza.Materialul de baza nu trebuie sa ajunga in stare topita si ca pentru obtinerea proprietatilor specifice ale stratului,acestea pot fi tratate termic sau colmatate.

Proprietatile tipice ale straturilor pulverizate sunt:

-Rezistenta la aderenta la tractiune RH

-Duritate (determinata prin metoda Vickers ),respectiv pentru straturile foarte moi se pot utiliza incercarea de duritate superficiala Rockwell.

-Rezistenta la forfecare

-Rezistenta la uzare

-Rezistenta la coroziune

-Izolare termica si electriva

-Tenacitate superficiala

-Conductivitate electrica si termica

-Rezistenta la soc termic

-Permeabilitate

Procedee de pulverizare termica .Clasificare si definire

Exista numeroase variante de procedee de pulverizare termica.

Clasificarea procedeelor de pulverizare termica se face functie de diferite criterii:

a.Tipul materialului pulverizat

-Pulverizare cu sarma

-Pulverizare cu vergele

-Pulverizare cu coarda flexibila

-Pulverizare cu baie topita

-Pulverizare cu pulbere

b.Modul de executie

-Pulverizare mecanizata

-Pulverizare manuala

-Pulverizare automata.

c.Purtatorul de energie

Materiale de adaos

Materialele de adaos folosite la pulverizarea termica pot fi sub forma de pulberi(pulberi ceramice,pulberi metalice) si sarme.Astfel, pulberile ceramice,pentru acoperire prin pulverizare termica,executate cu flacara oxiacetilenica sau jet de plasma ,in scopul asigurarii rezistentei la abraziune,la frecare metal pe metal,la solicitari complexe si la socuri termice.

Pregatirea suprafetelor pentru pulverizare termica

Pregatirea componentelor in vederea aplicarii acoperirilor prin pulverizare termica ,este aceeasi ,atat pentru reconditionarea pieselor uzate ,acoperirilor prin pulverizare ,in scop anticoroziv sau decorativ cat si pentru fabricarea pieselor noi.Acoperirea prin pulverizare termica trebuie efectuata la un interval de maximum 4 ore ,dupa pregatirea suprafetei,in cazul unei atmosfere umede sau saline,dupa maximum 2 ore.

Prin pregatirea suprafetei se intelege aducerea suprafetei,care urmeaza a fi acoperita ,intr-o stare curata ,care permite o buna aderare a metalului depus.Metodele de pregatire ale suprafetelor sau combinatiile de metode in vederea acoperirii se stabilesc in functie de specificul piesei ,de grosimea materialului depus si starea initiala a suprafetelor.

Pregatirea suprafetelor se realizeaza prin :degresare,sablare,asperizare mecanica,aschiere.

Degresarea –Degresarea suprafetelor urmareste indepartarea substantelor bituminoase si grase de pe suprafata ,care urmeaza a fi acoperita,de pe suprafetele vecine vecine acesteia ,din orificiile si canalele de ungere.

Degresarea se executa de regula inaintea sablarii si se realizeaza chimic cu ajutorul solventilor (tricloretilena,acetona) prin spalare ,imersie sau incalzirea suprafetelor la o temperatura mai mare decat temperatura de volatizare a substantelor grase.

Sablarea –Este procedeul de pregatire a suprafetelor ,prin care se urmareste a se aduce suprafata intr-o stare curata ,cu rugozitate corespunzatoare ,care sa asigure o buna aderenta a materialului depus pe materialul de baza.Toate materialele folosite la sablare trebuie sa fie curate si uscate.Nu se vor folosi materiale ,care au fost anterior folosite la alte lucrari de curatire ale suprafetelor.

Materialele folosite la sablare sunt:

-granule de fonta ,ce se caracterizeaza prin timp de folosire indelungat.Nu se recomanda sa se foloseasca pentru sablarea pieselor din metale neferoase,deoarece apar fenomene de coroziune;

-Electrocorindon normal si carbura de siliciu.Ele au comportarea cea mai buna in procesul de sablare ,in vederea acoperirii ,deoarece au o duritate mare ,iar granulele de abraziv prezinta muchii ascutite;

-Nisip cuartos,care trebuie sa prezinte granule cu muchii ascutite.

Dupa sablare suprafata se sufla cu jet de aer ,pentru a indeparta urmele de praf.Gradul de curatire al suprafetei sablate se controleaza vizual urmarind ca suprafata sa aiba aspect mat ,uniform.

Rugozitatea suprafetei sablate Ra, se recomanda sa fie cuprinsa intre 6 si 12 µm.

Asperizarea electrica –Pregatirea suprafetelor prin aceasta metoda consta in aplicarea unui electrod de nichel,legat la o sursa de curent pulsat,pe suprafata de pregatit,legata la celalalt pol al sursei de curent.In urma stabilirii AE intre electrodul de Nichel si suprafata piesei apar mici cratere,care asigura rugozitatea necesara aderarii materialului depus la materialul de baza.Metoda se aplica la piesele cu pereti grosi ,solicitate static si cu duritate mare.

Aderenta in procesul de metalizare termica este un fenomen deosebit de complex.In succesiunea fazelor de fomare a unui strat metalizat se intalnesc urmatoarele tipuri de aderente :aderenta mecanica,aderenta superficiala,aderenta metalurgica,aderenta difuziva,aderenta fizica.

Factorii care influenteaza aderenta:

-Factori tehnologici in legatura cu procesul –pregatirea suprafetei substratului ,preincalzirea substratului,tratamente ulterioare procesului de metalizare .

-Factori de proces –materialul substratului,tipul de aliaj utilizat la metalizare,temperatura particulelor din jetul de metalizare ,mediul in care se desfasoara procesul de metalizare ,cantitatea de oxizi din stratul metalizat.

Partea integranta a sistemului de asigurare a calitatii,pentru atelierele de pulverizare ,verificarea de acceptare a echipamentelor pentru pulverizare termica,este destinata furnizarii dovezii privind aptitudinea echipamentului de a produce acoperiri prin pulverizare ,de calitate uniforma .Instalarea se face ,astfel incat procesul de pulverizare sa nu fie afectat de alte echipamente de productie sau de conditiile de mediu.

Aschierea-Este metoda de pregatire a suprafetelor prin care se asigura o rugozitate mai mare ca in cazul sablarii,dar nu se recomanda a se folosi la piesele solicitate la oboseala.Pregatirea suprafetelor prin aschiere se realizeaza prin rabotare sau prin strunjire.Acestea se executa fara mediu de racire,pentru a evita contaminarea suprafetei cu substante grase sau umiditate.

Reconditionarea componentelor prin pulverizare termica

Procedeele de reconditionare termica prezinta urmatoarele avantaje:

-Se pot realiza straturi oricat de groase ,luandu-se doar masuri pentru evitarea tensiunilor si fisurilor ,ce pot aparea dupa metalizari prelungite;

-Dupa aplicarea pulverizarii termice ,nu vor aparea tensiuni interne sau deformatii,deoarece piesa sufera o incalzire redusa 120-150°C;

-Stratul obtinut este poros ,pemitand inmagazinarea lubrifiantului ,micsorand in aceste fel frecarea la piesele in miscare;

-Fata de acoperirile metalice in baia de metal lichid ,se evita decarburarea sau alternarea metalului din baie,prin aparitiea de compusi intermetalici;

-Se pot obtine pseudo-aliaje din metalele ,care nu se pot alia in stare topita ,cum ar fi aluminiul si plumbul.

Dezavantajele procedeelor de reconditionare prin pulverizare sunt urmatoarele:

-Rezilienta stratului este redusa,neprelucrandu-se prin metalizare piese,care lucreaza in socuri;

-Stratul metalizat are o rezilienta redusa la solicitarea de incovoiere si tractiune asemanatoare cu cea a fontei obisnuite;

-Piesele metalizate prin pulverizare nu pot fi prelucrate prin deformare plastica;

-In straturile metalizate nu se pot executa filete sau canale ,iar prelucrarea prin burghiere se executa cu atentie,pentru a nu se exfolia metalul de adaos,la iesirea burghiului;

-Avem nevoie de o instalatie de ventilatie eficienta deoarece operatia de metalizare prin pulverizare este insotita de degajarea unor cantitati mari de gaze nocive si de praf metalic.

Procedee fizico-chimice pentru depunerea de straturi subtiri

Materiale pentru depuneri.

Cele mai importante procedee de acoperire sunt urmatoarele:

-Procedeul PVD(Physical Vapour Deposition) –Depunerea prin separare fizica in faza gazoasa.

-Procedeul CVD(Chemical Vapour Deposition)- Depunerea prin separare chimica in faza gazoasa.

Diferenta dintre cele doua procedee ar fi seperarea materialului dorit dintr-o atmosfera suprasaturata care poate avea loc fie prin reactii fizice (Procedeul PVD),fie prin procese chimice(Procedeul CVD).

Printre cele mai importante caracteristici ale stratului depus se pot enumera: Duritatea ( implicit si la temperaturi ridicate), grosimea,topografia suprafetei,microstructura si aderenta materialului de baza care reprezinta o caracteristica foarte importanta.Compusul din strat trebuie sa aiba o stabilitate la actiunea unor factori exteriori (ex:uzura,coroziunea,temperatura).Pentru realizarea depunerii se vor folosi materiale dure metalice si nemetalice.

Exemple de materiale metalice folosite pentru depuneri:

Principiul Procedeului PVD

PVD(Physical Vapour Deposition)are in componenta toate procedeele de acoperire bazate pe separare fizica din stare gazoasa.Exista trei tipuri de asemenea procedee:

-1)Placarea Ionica

-2)Vaporizare in vid

-3)Pulverizarea catodica

1) Placarea Ionica Procedeu care combina cantitatea mare de material depus prin evaporare cu o curatire a stratului de la suprafata si o aderenta caracteristici procesului de pulverzare catodica.Instalatia acestui procedeu este alcatuita dintr-un sistem de evaporare(cu fascicul de electroni sau prin incalzire rezistiva) tunul de electroni alimentat la 5-10 KV aflat intr-o zona vidata de 0,5 mtorr) si un sistem de excitare a plasmei(radiofrecventa sau in curent continuu) care se formeaza in alta zona vidata unde presiunea este ceva mai mare (20-60 mtorr).

Proprietatile stratului depus

2)Vaporizarea in vid

Procedeul consta din incalzirea in vid a unei substante la o temperatura mai mare decat temperatura de topire ,urmata de o condensare pe substrat.Piesele se aseaza pe dispozitive care executa o miscare de rotatie (20-35 rot/min).

Pentru a vaporiza materialul care urmeaza a fi depus vom folosi filamente de wolfram.Drumul liber al moleculelor gazului din incinta trebuie sa fie mai mare decat distanta dintre sursa de vaporizare si piese,presiunea din incinta de lucru trebuie sa fie circa 10-3 –Pa.Pentru aceasta metoda putem folosi doar materiale initiale care sunt volatile la temperaturile moderate ,nu reactioneaza cu materialul filamentului la temperaturile de vaporizare .Dezavantajele procedeului ar fi urmatoarele:grosimea neuniforma a straturilor datorita pulverizarii substratului,datorita radiatiilor apar defecte de retea cristalina,introducerea de impuritati nedorite in stratul depus provenite din peretii incintei vidate sau din filament.

3)Pulverizarea catodica

Acest procedeu utilizeaza o tinta de forma unei placi care va fi pulverizata prin bombardare cu ioni de argon.Descarcarea are loc la presiuni mari (aproximativ 10-2 mbar) comparativ cu vaporizarea in vid ,energia particulelor poate fi si de sute de ori mai mare ,rezultatul final fiind o aderenta mai buna a straturilor pulverizate.Datorita vitezelor mici de condesare de aproximativ 1nm*s-1 ,prin aceasta metoda nu putem obtine grosimi mai mari de strat,bombardarea cu electroni a subtratului duce la cresterea temperaturii acestuia la mai multe sute de grade pentru unele oteluri fiind insa prea mult.

Dezavantajele acestui procedeu pot fi eliminate prin introducerea pulverizarii de mare randament.Vom utiliza un camp magnetic care traverseaza tinta,ia nastere o densitate mare de ioni deci vom obtine o viteza mai ridicata de pulverizare.

In functie de performantele campului magnetic,de randamentul descarcarii ,de potentialul unui electrod de captare a electronilor,o masa mai mica sau mai mare de electroni va fi tinuta la distanta de substrat si din aceasta cauza temperatura substratului se poate modifica in limite largi.Temperatura substratului poate fi influentata si de plasarea unei tensiuni suplimentare pe substrat,astfel incat ia nastere o descarcare secundara ce va exercita un bombardament ionic suplimentar asupra suprafetei subtratului ,crescandu-i temperatura si provocand un efect de pulverizare.Din cauza acestui efect putem spune ca se realizeaza o curatire a suprafetei substratului inainte de a incepe procesul de acoperire imbunatatindu-se astfel aderenta stratului depus.

Principiul Procedeului CVD(Chemical Vapour Deposition)

Cu ajutorul acestui procedeu putem depune straturi alcatuite din:

-carburi (crom si titan) si respectiv carbra de Fe-Cr

-metale Ex:Crom

-Nitruri de exemplu de Siliciu si de Titan

-Oxizi , in special Oxidul de Aluminiu Al2O3

-Boruri ,de exemplu de fier si de nichel

In ultima vreme au fost obtinute depuneri solide de exemplu TiC,TiN si chiar straturi multiple ca de exemplu TiC/TiN/Al2O3.Pentru separarea chimica a depunerilor ,combinatiile nemetalelor sau metalelor aflate in stare de vapori vor fi conduse prin intermediul unui curent de gaz suport intr-un spatiu de reactie care face ca presiunea partiala a materialului sa aiba o valoare care sa ii permita separarea.

Reactiile de reducere pentru separarea de metale si de piroliza sunt:

MeY2+H2→Me+2HY (1)

MeX→Me+X (2)

In care X=Iod sau CO iar Y=Cl,Fl respectiv Br.

Pentru separarea combinatiilor neoxidice (carburi,nitruri,boruri si siliciuri )se produc urmatoarele reactii:

MeY2+ZY2+2H2→MeZ+4HY (3)

MeY4+ZH4→MeZ+4HY (4)

In care Z simbolizeaza unul din elementele C,N,B,S.

Depunerile de boruri se vor obtine dupa reactia (3) iar cele de TiC dupa reactia (4).

O alta varianta presupune actiunea halogenurilor de metal asupra fontelor cenusii sau a otelurilor cu continut ridicat in C;

MeY2+(Fe+C)+H2→MeFeC+2HY (5)

MeY2+Fe+C→MeC+FeY2 (6)

Reactia 5 este formarea depunerilor de carbura de Fe-Cr pe oteluri si fonte.

Reactiile de la (1) pana la (6) stau la baza asa numitului procedeu CVD(Chemical Vapour Deposition) de temperatura inalta (HT–CVD),ele desfasurandu-se de obicei endoterm si la temperaturi superioare lui AC1.

HT-High Temperature

Avantaje ale acestor variante:-Usureaza predegazarea suprafetelor cu surplus de material depus si inlaturarea produselor de reactie FeY2 si HY

Reactiile exotermene se pot derula sub Ac1 :

MeY2+CO2+H2→MeO+2HY+CO (7)

MeY2+H2O→MeO+2HY (8)

Reactii similare se produc la separarea depunerilor de oxid de aluminiu.

Instalatiile pentru procedeul CVD lucreaza in domeniul presiunilor reduse cu reactori cu pereti calzi si se compun din:

-Reactor sub forma de oala cu spatiu limitat de reactie,supape si agregatul de incalzire,dispozitive suport pentru produsele de acoperit;

-Sistem de conducere a gazului inclusiv recipientii de alimentare,amestacatorii pentru partenerul de reactie ,vaporizatorii si debitmetre;

-Sistem de evacuare a gazului cu neutralizare la actiunea presiunii;

-Dulap de actionare,conducere si control;

-Instalatii de racire a reactorului;

-Dispozitive de ridicare si transport pentru reactor si cuptor.

Schema unei instalatii CVD cu reactor atasat este formata din :

1)Cuptor

2)Reactor

3)Piese

4)Flansa de racire

5)Sursa de energie

6)Debitmetre

7)Vaporizator

8)Conducte gaz

9)Recipient de racire

10)Macara de transport

Acest procedeu se aplica otelurilor la temperaturi superioare lui Ac1 in intervalul de temperatura 950-1050°C in urma acestei depuneri materialele vor fi supuse calirii si revenirii

Microstructura sistemului :strat-material de baza-zona de tranzitie

La combinatiile chimice (Ex:nitruri,carburi ) temperaturile de reactie sunt asa de inalte incat procesele de reactie in stare solida si procesele de difuzie se desfasoara cu viteze mari si ele pot afecta nu numai zona de tranzitie ci si stratul marginal respectiv materialul de baza.Daca componentele stratului de combinatii sunt solubile in materialele cu baza de fier si invers daca carbonul si/sau fierul sunt solubile in strat.Putem presupune ca difuzia unui component al stratului depus poate fi mult mai rapida in materialul de baza si astfel compozitia chimica a materialului depus poate fi modificata.

Concluzii referitoare la cele spune mai sus:

-In zona de tranzitie strat depus-material de baza se pot forma faze noi ,in concordanta cu diagramele de echilibru ale sistemelor de aliaje polinare.

-Daca aliajele noastre cu baza de fier vor fi acoperite cu combinatii chimice ,acestea vor trebui depuse mai rapid comparativ cu cazul patrunderii lor in materialul de baza prin procese de difuzie .

Domenii de aplicare

Procedeul CVD ofera avantaje tehnico-economice in domenii ca tehnica senzorilor ,tribologia,protectia anticoroziva,supraconductibilitatea,tehnologia semiconductorilor,optica ,tehnica membranelor si in microelectronica.Cea mai larga utilizare o au straturile de TiC si TiN depuse pe partile active ale sculelor aschietoare si de deformare plastica.

Acest procedeu confera bune proprietati tribologice si de rezistenta la coroziune,dupa finalizarea depunerii vom obtine niste straturi uniforme ca grosime chiar si la produse cu o geometrie complexa.Dezavantajul acestui procedeu ar fi acela legat de temperatura inalta la care se desfasoara procedeul de acoperire.

Natura straturilor depuse prin procedeul CVD si domeniile de aplicare:

Metoda Pulverizarii cu plasma la presiune joasa –LPPS(Low Pressure Plasma Spraying)

Aceasta metoda permite acoperirea unui subtrat cu un strat protector la temperaturi inalte care poate fi de natura metalica sau ceramica.Grosimea stratului depus poate varia de la cativa µm pana la cativa cm.Prin intermediul acestui procedeu are loc ionizarea unui gaz de plasma(N2,Ar,He,H2) intr-un arc electric .Gazul purtator care poate fi Ar transporta materialul pulverizat spre o zona unde se afla fasciculul de plasma ,unde apare topirea partiala sau totala a particulelor ,la temperaturi mari cuprinse intre 4000°-20000°C.Particulele se vor proiecta pe suprafata materialului ce urmeaza a fi topit.Racirea pe suprafata subtratului putem spune ca are loc foarte rapid (106-107 K/s) astfel incat picaturile de topitura se solidifica la viteza mare.Substratul se incalzeste foarte putin.Aderenta stratului la substrat este asigurata print-o ancorare mecanica si din aceasta cauza rugozitatea subtratului este un parametru important in comportamentul stratului.

Parametrii de pulverizare sunt:Debitul gazului purtator,puterea,compozitia gazelor de plasma ,distanta de pulverizare .

Puterea si compozitia gazelor de plasma influenteaza temperatura flacarii care trebuie optimizata in functie de marimea particulelor pulberii astfel incat sa avem o topire completa.

Atmosfera folosita la metodata pulverizarii cu plasma la presiune joasa este argonul la presiune de 50 mbar.Atmosfera fiind un factor important in obtinerea unor straturi pure si dense din punct de vedere chimic si cu o aderenta ridicata.

Elementele componente ale acestui procedeu:

-Catod;

-Plasma;

-Anod;

-Injector de pulbere;

-Fascicul de depunere

-Flacara de plasma;

-Apa de racire

-Strat depus

Metoda depunerii prin vaporizare cu fascicul de electron-EB-PVD (Electron Beam Physical Vapour Deposition)

Elementele componente ale acestui procedeu sunt urmatoarele:

-Creuzet;

-Tun electronic pentru incalzire substrat;

-Tunuri electronice de vaporizare;

-Dispozitiv de rotire vertical ;

-Manipulator orizontal;

-Camera vidata;

-Lingou material de depus;

-Substrat;

Acest procedeu are loc intr-o incinta vidata constand dintr-un sistem de vidare ,un creuzet racit cu apa continand un lingou ce urmeaza a fi evaporat,un manipulator orizontal(tija rotativa),un tun de electroni si piesa noastra ce urmeaza a fi acoperita.

Tunul electronic produce un fascicul de electroni fin focalizat care incalzeste suprafata materialului fiind plasat intr-un creuzet ,temperatura este una destul de ridicata (5000°C) astfel incat are loc vaporizarea lui .Vaporii condenseaza pe suprafata materialului substrat realizandu-se astfel acoperirea.Cu ajutorul unei tije rotative substratul este introdus si pozitionat in zona de vapori.Pe durata procesului de acoperire gazele se pot separa din norul de electroni favorizand reactia stoichiometrica a materialului de depus.

Procedeul EB-PVD este folosit pentru acoperirea multor tipuri de materiale.Inainte de aplicarea stratului prin acest procedeu pregatirea suprafetei materialului este esentiala ,ea trebuie sa fie curata,degresata si sa nu contina resturi de oxizi.Toti acesti factori pot influenta negativ aderenta dintre strat si substrat.

Straturile formate au o forma columnara in care diametrul cristalitelor poate atinge valori de 5-15µ si ordinea lor este influentata de parametrii de depunere ai stratului.Structura columnara ofera stratului depus o capacitate de alungire deosebita si prin aceasta o rezistenta buna la variatia temperaturii.Aderenta straturilor depuse prin aceasta metoda este realizata prin legaturi chimice ceea ce inseamna ca existenta prealabila a unei pelicule de oxid la suprafata stratului MCrAlY este importanta.

Metoda de depunere prin pulverizarea de particule cu viteza mare cu combustibil –HVOF(High-Velocity Oxygen Fuel Spraying )

Aceasta metoda este utilizata in industria energetica pentru aplicatii a straturilor superficiale ,straturi depuse in scopul de a proteja diferite componente impotrica temperaturilor ridicate,pentru protectie impotriva oxidarii si a coroziunii si pentru a reduce influenta mediului de lucru asupra paletelor turbinelor cu gaz.

Principiul metodei HVOF :particulele sub forma de pulbere sunt incalzite intr-o flacara si apoi proiectate cu viteza mare pe suprafata piesei.

Flacara incalzeste pulberea pana aceasta ajunge in stare topita sau semi-topita ,aceasta fiind apoi depusa sub forma de picaturi.La impactul cu suprafata materialului subtrat are loc racirea si solificiarea formandu-se astfel un strat protector.Grosimea straturilor este de obicei intre 200-500µm.

Acest procedeu cuprinde urmatoarele elemente componente:

-Pistol HVOF;

-Sursa de pulbere;

-Conductele de gaz si regulatoarele pentru aducerea gazului in pistol;

-Mecanismul de alimentare cu pulbere prin care se injecteaza pulberea pentru a fi topita in flacara;

-Panou de comanda al instalatiei

Componenta principala a sistemului HVOF este pistolul(arzatorul).Pistolul este un dispozitiv de combustie asemanator cu un motor de racheta .Oxigenul si combustibilul (propilena,kerosin ,hidrogen) sunt amestecate in interiorul camerei pistolului ,unde are loc si aprinderea lor.Produsii rezultati sunt accelerati si ies prin diuza pistolului sub forma de jet ingust de gaze fierbinti .Particulele de pulbere sunt injectate axial in jet.Viteza de evacuare a amestecului depaseste de 4 ori viteza sunetului.

Utilizand camere mici de combustie pentru a genera niste viteze de evacuare mari,materialul de pulverizat este proiectat pe suprafata materialului ,pe care se doreste depunerea,cu o viteza mare pentru a asigura aderenta adecvata dintre cele 2 materiale .Vom obtine niste straturi dense si uniforme.Calitatea acoperirilor obtinute prin metoda HVOF se refera in special la aderenta dintre subtrat si materialul depus si porozitate.Ea depinde de temperatura centrului particulelor de pulbere si viteza in momentul impactului.

Daca dorim sa obtinem niste straturi superior calitative ,dense si cu aderenta buna,se are in vedere ,ca particulele sa fie complet topite si sa fie proiectate cu viteza ridicata pe materialul substrat.Vitezele de impact obtinute prin aceasta metoda sunt intre valorile(600-1000 m/s).

Avantajele Metodei HVOF

-Asigura o viteza a gazului fara o temperatura excesiv de inalta,fapt ce ar conduce la cresterea riscului de oxidare sau de descompunere a materialului subtratului;

-In timpul depunerii straturilor prin metoda HVOF materialul depus va fi mai putin supraincalzit in comparatie cu pulverizarea in plasma ,viteza de depunere fiind foarte mare la proiectarea pulberii pe subtrat,rezulta astfel un strat cu porozitate mai redusa ;

-Permite depunerea unor amestecuri de materiale in vederea obtinerii de straturi imposibil de realizat prin metode conventionale;

-Ofera posibilitatea obtinerii acestor straturi in mediu atmosferic de lucru deoarece nu necesita o camera sub vid ,straturile pot fi depuse mai usor,nemaifiind necesara demontarea pentru reparare a componentelor ce necesita a fi protejate,acest lucru conducand implicit si la avantaje economice;

-Metoda este folosita pentru producerea si depunerea straturilor MCrAlY.

Sistemul de pulverizare Carbide-Jet

Sistemele HVOF se diferentiaza in principal prin presiunea din camera de ardere si prin viteza particulelor.Ele au fost construite astfel incat flacara sa atinga deja in interiorul pistonului viteze supersonice.Acest fenomen conduce la marirea vitezei particulelor (600 pana la 650 m/s) si suplimentar are loc o incalzire eficienta a acestora ,care raportata la cantitatea de gaz folosita va permite o rata de depunere mai ridicata.

Caracteristicile sistemului CJS HVOF Gun sunt prezentate mai jos:

-Presiunea camerei de ardere :6-12 Bar si 10-25 Bar;

-Configuratia diuzei K1,K2,K4.2 si K5.2;

-Fluxul de hidrogen sau metan:4-50m3/h;

-Fluxul de oxigen :30-60 m3/h;

-Fluxul de kerosin:4-20 l/h;

-Fluxul gazului purtator (azot):0.5-3.5m3/h

-Tipul de injectare a pulberii:radial;

-Diuza de accelerare :100mm,140mm,200mm;

-Sistemul de racire cu apa;

-Puterea sistemului de racire:

K1,K2 pana la 20 KW

K4.2 pana la 40 KW

K5.2 pana la 65 KW.

Arzatorul cu presiune ridicata CJS reprezinta inima aparaturii.Datorita naturii constructive se poate asigura un mod sigur de functionare la asemenea presiuni in camera de ardere ,care ajung chiar pana la 25 bar.Flacara este introdusa in urma arderii unui combustibil lichid (Kerosin) in prezenta oxigenului .Pentru aprinderea si stabilizarea flacarii se foloseste suplimentar hidrogen sub forma de flacara de veche a camerei de ardere.Caracteristica de baza a acestui sistem este diuza convergenta-divergenta si diuza Laval aflata in capatul diuzei de accelerare .Pulberea este dozata radial ,cu ajutorul dispozitivului de dozare in curentul de gaz subsonic ,unde se topeste.Curentul de gaz atinge la capatul diuzei de accelerare viteze supersonice.Controlul parametrilor de depunere prin metoda HVOF este realizat foarte precis prin intermediul unu controler computerizat.

Cu ajutorul sistemului special de pulverizare fina a combustibilului numit si High Effiecient Kerosin Atomisation(HEKA) se produce o ardere intensiva si aproape lipsita de turbulente.Suplimentar se poate evita aparitia acestor campuri turbulente prin constructia speciala a camerei de ardere.Dozarea pulberilor in zona cea mai fierbinte a proceseului face posibila montarea unor diuze de accelerare mult mai lungi,care conduc la depunerea unor straturi cu proprietati mult mai bune.Lungimea acestei diuze (100mm-400mm) .Pentru o rata de depunere de 60-70% la o dozare a pulberii de 9 kg/h s-a putut reduce fluxul de kerosin la 50% .

Compozitia chimica a gazului de proces este caracterizata de concentratia ridicata a oxigenului ,chiar daca aceasta se regaseste in proportii mari si in gazul de racire.Aceasta optimizare a procedeului HVOF ,in care superincalzirea particulelor respectiv a componentelor de acoperit poate fi evitata ,poarta denumirea de Temperature Controlled HVOF(TC-HVOF).