УДК 62

Напыление защитных покрытий на металлические поверхности с целью обеспечения антикоррозионных свойств

Бухарестов Игорь Сергеевич – студент Владимирского государственного университета

Научный руководитель Кирилина Анастасия Николаевна – кандидат технических наук, доцент Владимирского государственного университета

Аннотация: В данной статье представлены методы напыления антикоррозионных покрытий, а также их достоинства и недостатки. В статье также рассмотрен вариант автоматизации одного из методов.

Ключевые слова: напыление, антикоррозионные покрытия, автоматизация, напыляемый материал.

Коррозия, проблема с которой сталкиваются многие машиностроительные предприятия. Она нарушает слаженность работы механизмов и способствует их скорому разрушению и выходу из строя. В данной статье мы рассмотрим ряд методов напыления антикоррозионных покрытий и возможность автоматизации одного из них.

 Для начала рассмотрим метод вакуумного напыления. Данный метод применяется для нанесения покрытий на рефлекторы фар автомобиля. Этот процесс представляет собой выполнение следующих операций:

• создание требуемой степени разрежения для проведения обработки рефлекторов тлеющим разрядом (ионной очистки),
• создание рабочего давления в камере для выполнения операции алюминирования
• осуществление напыления алюминиевой отражающей поверхности рефлектора
• понижение давления и нанесение защитного покрытия путем испарения моноокиси кремния,
• выдержка в течение 2-хминут
• впуск воздуха
• разгерметизация камеры
• разгрузка изделий
• загрузки заготовок
• снаряжение испарителей.

Вакуумное оборудование дает возможность добиться максимального коэффициента адгезии металлов; при этом технологические процессы протекают быстро, и нанесенное покрытие обладает высокой твердостью и химической устойчивостью. К недостаткам этого метода напыления металлов можно отнести сложность и значительную энергоемкость процесса. Также вакуумное напыление снижает свою эффективность и производительность при работе с деталями, имеющими сложные профили.

Следующий метод напыления покрытий – метод газопламенного напыления. Данный метод в качестве распыляемого материала использует металлические или полимерные порошки. Пламя, формирующееся при сгорании смеси кислорода и ацетилена, нагревает частицы до пластичного состояния. Разогретый материал под давлением сжатого воздуха подаётся на напыляемую поверхность и покрывает её. Рассматриваемая процедура состоит из ряда этапов:

• Порошок подают в зону термической обработки. Он может поступать по каналам питателя или подаваться с внешней стороны горелки.
• Под действием высокой температуры присадочный материал оплавляется, приобретая пластичные свойства.
• Газ выполняет функции переноса состава на обрабатываемую поверхность.
• Летящие частицы перемещаются с большой скоростью – она может достигать 160 м/с.
• Распыленный материал формирует защитный слой при взаимодействии с поверхностью. 
• Метод газопламенного напыления обладает рядом преимуществ:
• Наносить покрытия можно на большой ряд материалов, за счёт малого теплового воздействия на них.
• В процессе обработки заготовка не подвергается тепловой деформации и не меняет своих параметров.
• Низкая себестоимость.
• Простота рабочего оборудования.
• Возможность наносить различные типы покрытий для придания различных свойств.

Также у данного метода существует ряд недостатков:

• Газопламенное напыление малоэффективно при обработке мелких деталей.
• Для предварительной подготовки изделия выполняют пескоструйную обработку, что приводит к повышенному уровню запыленности рабочего участка. 
• В процессе напыления мелкие частицы остаются в воздухе.

Крайним способом нанесения покрытий рассмотрим метод газодинамического напыления. Данный метод состоит в том, что твёрдые частицы металла, движущиеся со сверхзвуковой скоростью, прочно закрепляются на поверхности при соударении с нею. Технология нанесения покрытий включает в себя нагрев сжатого газа (воздуха), подачу его в сверхзвуковое сопло и формирования в этом сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в этот поток порошкового материала, ускорение этого материала и направления его на поверхность напыляемого изделия. При контакте с поверхностью изделия энергия кинематического вида переходит в адгезионную и тепловую, что способствует получению прочного поверхностного слоя металла. Используемый материал может наноситься не только на металлические поверхности, но и на выполненные из бетона, стекла, керамики, камня, что значительно расширяет область применения способа создания поверхностей с особыми свойствами. Основными преимуществами метода являются:

• Возможность выполнения работ в различных климатических условиях.
• Возможность нанесения покрытий на локальные места.
• Возможность создания слоёв с различными свойствами.
• Процесс не оказывает влияния на структуру покрываемого изделия.
• Процесс безопасен и экологичен.

К недостаткам данного метода можно отнести повышенную концентрацию частиц напыляемого материала в воздухе.

Теперь ознакомившись с рядом методов нанесения покрытий, мы рассмотрим возможность автоматизации одного из них на примере метода газодинамического напыления. Автоматизировать данный технологический процесс можно создав систему автоматического управления, обладающую следующими функциями:

• Контроль и регулировка температуры подаваемого воздуха.
• Контроль и регулировка количества подаваемой порошковой смеси.
• Контроль и поддержание давления воздуха на требуемом уровне.
• Запуск и остановка процесса.

Для нанесения покрытий в автоматическом режиме необходимо автоматизировать перемещение сопла-напылителя над покрываемой поверхностью, контролируя расстояние от сопла до неё. Реализовать это возможно устанавливая напылитель на комплексы способные осуществлять его перемещение. Это могут быть различные варианты от простых, выполняющих перемещение по двум координатам для напыления в одной плоскости, до многокоординатных установок с ЧПУ и роботизированных манипуляторов. Это даст возможность наносить покрытия на изделия сложной формы и сократит время выполнения операции. Также автоматизация сократит риск получения вреда здоровью оператора, поскольку он получит возможность осуществлять процесс удалённо, не подвергаясь вредному воздействию.

 Таким образом, мы рассмотрели ряд технологий напыления антикоррозионных покрытий, выявили их преимущества и недостатки. Также подытожим, что технология газодинамического напыления допускает внедрение автоматизации, что положительно отразится на перспективном развитии данного метода.

Список литературы

1. Газодинамическое напыление металла: суть и назначение процесса// wikimetall.ru [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://wikimetall.ru/metalloobrabotka/gazodinamicheskoe-napylenie-metalla.htm (дата обращения 18.04.2024).
2. Газопламенное напыление: сущьность технологии, установки// wikimetall.ru [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://wikimetall.ru/metalloobrabotka/gazoplamennoe-napylenie.html (дата обращения 18.04.2024).
3. Напыление металла: виды, технологии// wikimetall.ru [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://wikimetall.ru/metalloobrabotka/gazoplamennoe-napylenie.html (дата обращения 18.04.2024).