金属製品の生産は、先進技術の発展に伴い近代化されています。 金属は湿気の影響を受けやすいため、長い耐用年数を確保し、部品、動作機構、表面に必要な特性を与えるために、金属溶射が現代の産業で広く使用されています。 粉末加工技術は、母材金属の素地に保護層を施すことで、溶射製品の高い耐食性を実現します。

粉末処理後、金属表面は重要な保護特性を獲得します。 金属部品には用途や使用部位に応じて、耐火性、耐腐食性、耐摩耗性の特性が与えられます。

卑金属ベースをスプレーする主な目的は、振動プロセス、高温、交流負荷、および攻撃的な環境の影響にさらされた結果として、部品や機構の耐用年数を長く確保することです。

金属スパッタリングプロセスは、いくつかの方法で実行されます。

• 真空処理– 材料が真空環境で強く加熱されると、材料は蒸気に変換され、凝縮の過程で処理される表面に堆積します。
• 金属のプラズマまたはガスプラズマ溶射– 処理方法は、不活性ガスの注入とイオン化によって一対の電極間に形成される電気アークの使用に基づいています。
• ガスダイナミック処理法– 保護コーティングは、超音波ガスジェットによって速度が高められた低温金属の微粒子と基材との接触および相互作用によって形成されます。
• レーザービーム溶射– プロセスの生成は光量子装置を使用して行われます。 局所的なレーザー照射により、複雑な部品の加工が可能になります。
• マグネトロンスパッタリング– プラズマ環境で陰極スパッタリングにさらして表面に薄膜を堆積させることによって実行されます。 マグネトロン加工技術はマグネトロンを利用したものです。
• イオンプラズマ法による金属表面の保護– 真空環境での材料のスプレーに基づいており、凝縮物の形成と処理されたベースへの堆積が行われます。 真空方式により金属の発熱や変形を防ぎます。

部品、機構、金属表面に溶射する技術方法は、溶射基材に付与する必要がある特性に応じて選択されます。 体積合金化の方法は経済的に高価であるため、レーザー、プラズマ、および真空メタライゼーションの高度な技術が工業規模で広く使用されています。

マグネトロン設備におけるスパッタリング

マグネトロン スパッタリング技術を使用した表面の金属化は、マグネトロン ターゲットの材料となる金属を溶解することに基づいています。この処理は、放電プラズマ内で形成された作動ガス媒体のイオンによる衝撃作用の過程で行われます。 マグネトロン設備の使用の特徴:

• 主な要素 作業システムは、カソード、アノード、および磁気媒体であり、スパッタリングされたターゲットの表面でのプラズマ ジェットの局在化に寄与します。
• 磁気システムの作用により磁石の使用が有効になります。 定数フィールド(サマリウムコバルト、ネオジム)、軟磁性材料で作られたベースに取り付けられています。
• 電源からイオン装置のカソードに電圧が印加されると、ターゲットがスパッタリングされ、電流は常に高いレベルに維持されなければなりません。
• マグネトロンプロセスは、加圧下で真空装置のチャンバーに供給される高純度の不活性ガスと反応ガスの組み合わせである作動媒体の使用に基づいています。

マグネトロンスパッタリングの利点により、この加工技術を使用して金属の薄膜を得ることが可能になります。例えば、アルミニウム、銅、金、銀製品などです。 シリコン、ゲルマニウム、炭化ケイ素、ガリウムヒ素などの半導体膜が形成され、さらに誘電体コーティングが形成されます。

マグネトロン法の主な利点は、ターゲットのスパッタリング速度、粒子の堆積、化学組成の再現の精度、ワークピースの過熱がないこと、および塗布されたコーティングの均一性です。

スパッタリングにマグネトロン装置を使用すると、金属や半導体を高い粒子堆積速度で加工し、スパッタ面に緻密な結晶構造と高い密着性を備えた薄膜を形成することができます。 マグネトロン メタライゼーションに関する主な作業リストには、クロム メッキ、ニッケル メッキ、酸化物、炭素、酸窒化物の反応性スパッタリング、銅の高速表面仕上げが含まれます。

イオンプラズマ表面化技術

金属製品にマルチミクロンのコーティングを得るには、イオンプラズマスパッタリング法が広く使用されています。これは、真空環境の使用と、空気のない空間で蒸発および分散する材料の物理化学的特性に基づいています。

技術的に複雑なプロセスにより、イオンプラズマスパッタリング設備を使用することで、製品の金属化における重要な技術的問題を解決することが可能になります。

• 耐摩耗性パラメータを向上させ、高温で製品を操作する際の焼結を排除します。
• 攻撃的な水や化学環境で使用される場合、金属の耐食性が向上します。
• 電磁特性と特性を与え、赤外線および光学範囲内で動作します。
• 高品質のガルバニックコーティングを取得し、さまざまな産業で使用される製品、加工部品、機構に装飾性と保護性を与えます。

イオンプラズマスパッタリングのプロセスは、真空環境の使用に基づいています。カソードの点火後、第 1 レベルと第 2 レベルのスポットが形成され、高速で移動してイオン層内にプラズマ ジェットを形成します。 カソードの侵食の結果として得られるジェットは真空環境を通過し、凝縮した表面と相互作用して、緻密な結晶質のコーティングを堆積します。

イオンプラズマスパッタリングを使用すると、最大 100 °C の陰極点火温度で保護コーティングを適用することができ、最大 20 ミクロンの厚さの層を得る非常に単純なスキームが特徴です。

金属へのイオンプラズマスパッタリングの助けを借りて、非標準的な幾何学的形状の構造的に複雑な製品に必要な特性を与えることができます。 加工後、金属表面を仕上げ層でコーティングする必要はありません。

プラズマメタライゼーションの特徴

イオンプラズマスパッタリングやマグネトロンによる金属加工法と並んで、プラズマメタライゼーションという別の方法が使用されます。この技術の主な目的は、攻撃的な環境における酸化プロセスから製品を保護することであり、 パフォーマンスの質、処理された表面を強化し、機械的負荷に対する耐性を高めます。

アルミニウムやその他の金属のプラズマ溶射は、プラズマ流中で金属粉末を高速加速し、コーティング層の形で微粒子を堆積させることに基づいています。

金属プラズマ溶射技術の特徴と利点:

• 処理対象の表面に保護層を塗布する高温方法 (約 5000 ～ 6000 °C) は数秒で完了します。
• ガス組成を調整する方法を使用すると、金属表面を粉体塗装の原子と組み合わせて飽和させることができます。
• プラズマジェット流の均一性のおかげで、同様に多孔質で高品質のコーティングを得ることができます。 最終製品は、従来のメタライゼーション方法の結果を上回ります。
• 堆積プロセスの所要時間は短いため、さまざまな生産規模でプラズマ装置を使用する際に 100 パーセントの経済効率を達成できます。

作業設備の主な構成要素は、高周波発生器、密閉チャンバー、ガス媒体タンク、 ポンプユニット圧力供給、制御システム用。真空チャンバーを備えた必要な機器があれば、家庭で金属にプラズマ溶射技術を使用することができます。酸素にさらされると、高温の金属表面とターゲットが酸化します。

ビデオ: スプレーによる部品の修復。

レーザー加工

金属のレーザー表面処理により、光量子装置から生成される光流を使用して部品や機構を修復することが可能になります。真空レーザー蒸着は、ナノ構造フィルムを製造するための最も有望な方法の 1 つです。 このプロセスは、光ビームでターゲットをスパッタリングし、続いて基板上に粒子を堆積することに基づいています。

この技術の利点: 金属化の実装の容易さ、化学元素の均一な蒸発、所定の化学量論的組成によるフィルムコーティングの生成。 レーザー光が集中する場所での指向性が狭いため、あらゆる金属で製品の表面を得ることが可能です。

液滴相の形成メカニズム:

• 溶融ターゲット粒子の大きな液滴は、流体力学的メカニズムの作用によって形成されます。 この場合、大きな液滴の直径は 1 ～ 100 ミクロンの範囲で変化します。
• 中程度の大きさの液滴は、体積蒸発プロセスにより形成されます。 液滴のサイズは 0.01 ～ 1 ミクロンの範囲です。
• ターゲットがレーザービームの短く頻繁なパルスにさらされると、侵食トーチ内で 40 ～ 60 nm の小さなターゲット粒子が形成されます。

レーザー設備において、金属をターゲット上に表面仕上げする際に、作業プロセスの 3 つのメカニズム (流体力学、気化、高周波パルス) がすべて同時に動作する場合、製品が必要な特性を獲得できるかどうかは、影響の大きさに依存します。特定の表面化メカニズム。

高品質なレーザー加工の条件の 1 つは、液滴粒子の混入が最も少ないレーザー トーチの出力となるような照射モードにターゲットをさらすことです。

コールドスプレー装置

金属を保護するには 2 つのオプションがあります。 マイナスの影響外部要因と作業要因 - 真空装置を使用した合金化とスパッタリング。 つまり、化学元素の原子が合金に添加されて製品に必要な特性が与えられるか、ベースの表面に保護コーティングが施されます。

メタライゼーション業界では、ほとんどの場合、ガルバニック コーティングを適用する技術が使用され、部品を溶融物に浸す方法が使用され、処理プロセスで真空環境が使用され、マグネトロン装置が使用されます。

場合によっては、粒子を信じられないほどの速度まで加速する爆発ガス スプレーが使用されます。 プラズマトロン、電気アークメタライゼーション、ガス火炎処理、およびイオンスパッタリングが広く使用されています。 業界の課題によってその条件が左右されるため、エンジニアは加熱された圧縮空気の特性を利用できる、安価で使いやすい装置を作成する必要性に直面しています。

粉末金属化の概念は、細かく分散されたセラミックまたは超硬金属粒子を金属粉末に添加することによって現れました。 アルミニウム、ニッケル、銅の加工に使用されます。

実験の結果は予想を上回り、以下の問題を解決することができました。

• チャンバー内の圧縮空気が加熱されると圧力が上昇し、設備内のノズルからの堆積物の流量が増加します。
• 高速ガス環境で金属粒子を収集すると、金属粒子が基板に衝突し、軟化して基板に付着します。 そして、セラミック粒子が結果として得られる層を圧縮します。
• 粉末技術の使用は、銅、アルミニウム、ニッケル、亜鉛などの延性金属のメタライゼーションに適しています。 スプレー後、製品を機械的に加工することができます。

エンジニアの成功した仕事のおかげで、あらゆる場所にコーティングを金属化できるポータブルデバイスを作成することができました。 産業企業そして家で。装置を正常に動作させるための要件は、5 ～ 6 気圧の圧縮空気圧力を備えたコンプレッサー ユニット (またはエア ネットワーク) と電源の存在です。

下の表は、家庭でのアルミニウムのクロムメッキのデータを示しています。 ガルバニックコーティングを施す前に、部品に中間金属層を「配置」し、その後アルミニウムをスプレーする必要があります。

表1. アルミニウムのクロムメッキ

製品の金属化に高度な機器を使用することで、耐食性、強度、性能特性の向上に関連する技術的課題を解決できるだけでなく、機械、部品、機構に困難な動作条件での動作に必要な特性を与えることができます。

レーザー溶接 (ビデオ 2 件)

スプレー工程と作業設定（写真24枚）

ポリマーコーティングの塗布。

方法の分類。

1. ポリマー粉体塗装

2. ポリマー粉体塗装の特徴

3. ポリマーコーティングの適用

4. 塗装方法の分類

5. ポリマーコーティングの最初のグループ

5.1 ボルテックススプレー（振動、ポリマーコーティングを塗布する振動ボルテックス法）

2 空気圧噴霧

3 無炎スプレー

4 遠心粉末噴霧法

6. ポリマーコーティングの第 2 グループ

6.1 ガスフレーム溶射

2 プラズマ溶射

3 熱線法

4 押出成形法

5 真空スプレー

7. ポリマーコーティングの第 3 グループ

7.1 静電粉体塗装技術 - コロナ帯電技術

7.2 トライボスタティックスプレー - 摩擦帯電

3 イオン化流動層コーティング

結論

使用した情報源のリスト

ポリマーコーティングの塗布。 方法の分類。

1. ポリマー粉体塗装

ポリマーコーティングは粉体塗装による表面処理の結果です。 後者は特殊な固体組成物で、温度が上昇すると連続膜に変化し、金属製品を腐食から保護し、美的な外観を与えるように設計されています。

パウダーポリマーコーティングは今日、修理や建設作業で広く使用されています。 ファサード要素 (屋根、窓の輪郭、ドア、フェンス)、スポーツ、ガーデニング用品、オフィス家具に最適です。

ポリマー粉体塗装は 1950 年代に開発されました。 アメリカで。 当時、自動車の生産が形になり始めたばかりで、この自動車は最新タイプの塗装をテストする栄誉に恵まれた数少ない自動車のうちの 1 つでした。 それから 60 年以上が経過し、キッチンを含め誰もが金属のパウダーポリマーコーティングを毎日使用できるようになりました。 現在、熱活性粉体塗料の生産量においては、他ならぬヨーロッパがリードしています。 ロシアでは、同様の製品の大量生産が1975年に始まったため、状況は多少異なります。 現在、ポリマー粉体塗装は非常に普及しており、これまで従来の塗装が占めていた多くの層に浸透しています。

粉体塗装は、熱処理可能な部品の液体塗装に代わる一般的な方法です。 ほとんどの場合、製品上の粉末ポリマー組成物の層は 0.3 mm です。

粉体塗料は、塗膜形成樹脂、硬化剤、充填剤、顔料、および目的の添加剤を含む固体分散組成物です。 粉体塗料は主に成分を溶融状態で混合し、合金を粉砕して製造されます。 最大サイズ粒子。

粉体塗料が人気があるのは、溶剤が含まれていないことと、塩分、酸、水分が浸透しない薄層コーティングを保証する物質が含まれているためです。 同時に、高品質基準を満たし、耐摩耗性と耐久性に優れています。

機械的損傷に対する耐性が向上するため、ポリマー粉末コーティングされた金属の耐用年数全体にわたって外観の維持が保証されます。

ポリマー粉体塗装法の主な利点は、金属の防食保護です。 そして、得られたコーティングは、耐熱性、電気絶縁性、耐久性、強度、環境性が向上し、元の色を保持し、欧州規格に準拠しています。

2. ポリマー粉体塗装の特徴

コーティング厚さ 60...80 μm;

紫外線に対する高い耐性。

最小曲げ半径 - 1T;

任意の色で塗装する可能性。

機械的損傷に対する耐性が向上し、塗装された金属の耐用年数全体にわたって外観の維持が保証されます。

衝撃、曲げ、摩耗に対する強度が向上。

塗装面への密着性が高い。

湿気、アルカリおよび酸溶液、有機溶剤に対する高い耐食性。

-60 0Сから+150 0Сまでの広い動作範囲。

比類のない美的特性: ポリマーコーティングの厚みが増すため、小さな表面欠陥を隠すことができます。

さらに、ポリマーペイントには多くの表面効果があり、面倒で時間のかかる準備をしなくても、完成品の完璧な外観を実現できます。

パウダーポリマーコーティングは大気腐食に耐性があり、以下の条件でも安心して使用できます。

最長 30 年間、中程度の攻撃的な産業雰囲気。

45年までは少し攻撃的な雰囲気。

沿海州の都市的な雰囲気は、中程度の攻撃性を最長 15 年間維持します。

3. ポリマーコーティングの適用

ポリマー粉体塗料を塗布する技術は、高品質の保護および保護装飾ポリマーコーティングを生成する、環境に優しく、無駄のない技術です。 コーティングはポリマー粉末から形成され、製品の表面にスプレーされ、その後一定温度のオーブン内で熱処理（重合）プロセスが行われます。

ほぼすべての既知の方法を使用したコーティングプロセスには、次の主要な段階が順次実行されます。

1. コーティング表面の汚染、酸化物層、水酸化物層を除去し、活性化処理を実行します。

表面にポリマー材料を塗布する。

ポリマー材料を表面に固定するステップと、

必要な実用特性を達成するためのコーティングの最終処理。

コーティングの品質管理、その特性および幾何学的パラメータが必要なものと適合しているかどうかの評価。

固体の表面に塗布されるポリマーコーティングは、製品の性能特性を向上させるために使用されます。

コーティングの品質は、プロセスのすべての段階における技術体制の厳守に依存します。

表面の準備。

表面の錆、スケール、古いコーティングを除去するには、主に機械的および化学的方法が使用されます。 機械的方法の中で最も一般的なのは、ショットブラスト、ショットブラスト、サンドブラスト機械を使用した研磨ブラストです。

有機溶剤および水性洗浄液（アルカリ性および酸性）が脱脂剤として使用されます。 有機溶剤 (ホワイト スピリット、646) は、その有害性と引火性のため、主に少量の塗装の場合に、製品の表面に糸くずを残さない綿の布で手で拭くことによる脱脂に限定的に使用されます。 脱脂の主な工業的方法には、水性洗剤組成物、つまり濃縮物の使用が含まれます。 主に粉末です。 脱脂は40〜600℃で行われます。 浸漬による処理時間は5〜15分、スプレーによる処理時間は1〜5分です。 ほとんどの組成物は、鉄金属と非鉄金属 (アルミニウム、銅、亜鉛、マグネシウム合金) の両方の脱脂に適しています。 脱脂には洗剤組成物による処理だけでなく、その後の洗浄、乾燥も必要となります。

酸化物の化学的除去は、酸 (鉄金属の場合) またはアルカリ (アルミニウムおよびその合金の場合) を使用した酸化物の溶解または剥離に基づいています。 この作業は、製品の保護を向上させ、信頼性と耐久性を高めることを目的としています。 最も一般的なのは、鉄金属のリン酸塩処理と、非鉄金属、主にアルミニウムとその合金の酸化です。 非鉄金属（アルミニウム、マグネシウム、その合金、亜鉛）は、コーティングの密着性と保護特性を向上させるために酸化されます。 化成皮膜を得る最終段階は、湿式表面処理と同様に、製品を水から乾燥させます。

粉末材料と圧縮空気の準備。

工業的に製造され、期限切れになっていない粉末ポリマー材料は、通常、何の前処理もせずにコーティングに適しています。 材料の保管または輸送条件に違反した場合には例外が発生する場合があります。

不適切な保管に関連する最も典型的な塗料の欠陥:凝集、化学的老化。 許容基準を超える湿気。 粉体塗料の推奨保管温度は 30°C 以下です。 凝集物が大きくても小さくても固まった塗料は使用に適しておらず、必要な粒子サイズに粉砕し、ふるい分けるなどの処理が必要です。 粒子の凝集度が低い場合は、ふるい分けに限定される場合があります。 ふるい分けに推奨されるふるいメッシュは 150 ～ 200 ミクロンの範囲である必要があります。

反応性の高い熱硬化性塗料は、保管条件が満たされていない場合、化学劣化の影響を最も受けやすくなります。 化学的老化の兆候が見られる塗料は廃棄する必要があります。修正はほとんど不可能です。 水分の多い塗料（流動性の低下、凝集傾向、帯電性の低下からわかるように）は、2 ～ 3 cm の層のマット上で 35 ℃を超えない温度で乾燥させます。 塗料を定期的に混ぜながら1〜2時間塗ります。

ポリマー粉体塗料は吸湿性があり、周囲の空気から水蒸気を吸収します。その結果、塗料はスプレーパイプラインを通って輸送され、スプレーされ、帯電します（特に摩擦静電気スプレーの場合）。 圧縮空気の準備は、圧縮空気から凝縮した水分と油を除去し、次にそれらの蒸気を乾燥させることで構成されます。 粉体塗料のスプレーに使用する空気は、次の要件を満たさなければなりません: 油分 - 0.01 mg/m3 以下。 水分含有量 - 1.3 g/m3 以下; 露点 - 7℃以下。 粉塵含有量は 1 mg/m3 以下。 準備は、圧縮空気をオイル トラップと圧縮空気乾燥設備 OSV-30 に通すことによって行われます。この装置では、圧縮空気から水と油の蒸気を除去する吸着剤の層に圧縮空気を通過させることによって、圧縮空気から水分を放出します。圧縮空気。 吸着剤の再生は、吸着剤を１２０～１５０℃の温度で２～３時間焼成し、その後冷却することによって行われる。 吸着剤の寿命は約5年です。

4. 塗装方法の分類

ポリマーコーティングを塗布するすべての方法は 3 つのグループに分類できます。

I - グループ - 塗布されたポリマーの融点以上に加熱された製品に粉末をスプレーすることによって実行される塗布方法:

ａ）ボルテックススプレー（流動床での適用）、振動、バイブロボルテックス；

b) 空気圧スプレー;

c) プラズマフリースプレー。

d) 遠心噴霧。

II - グループ - 加熱された製品の表面に粉末ポリマーの溶融粒子をスプレーすることによって実行される塗布方法:

a) ガスプラズマ溶射。

b) 熱放射スプレー。

c) 押出スプレー;

III - グループ - 逆に帯電した表面の表面に帯電した粉末粒子をスプレーすることによって実行される塗布方法:

a) 静電スプレー - 電界中でコロナ帯電による帯電。

b) トライボスタティックスプレー。

ｃ）イオン化流動層でのコーティング。

ポリマーコーティングを適用する方法を詳しく見てみましょう

5. ポリマーコーティングの最初のグループ

1 ボルテックススプレー（振動、振動ボルテックスによるポリマーコーティングの塗布方法）

粉体塗装を施す最も一般的な方法です。

ボルテックススプレープロセスは次のとおりです。タンクの底部と焼結チャンバーの間に、空気またはガス透過性の金属セラミックプレートまたは合成材料（孔径）で作られたフィルターがあります。< 25 мкм). В агломерационную камеру загружается полимерный порошок. Размер частиц, образующихся в результате спекания порошков, составляет от 50 до 300 мкм. Для спекания в нижний отсек резервуара (основание резервуара) вдувается воздух, который, равномерно распределяясь при прохождении через пористую пластину, проникает в агломерационную камеру и создает «кипящий» слой порошка. Необходимое давление воздуха зависит от высоты «кипящего» слоя и плотности порошка и составляет от 2,6 до 2,0 бар. Необходимое количество воздуха равно от 80 до 100 м3 в час и на 1 м2 поверхности днища. Завихренный порошок ведет себя подобно жидкости (он «псевдоожижен»), поэтому предметы, на которые требуется нанести покрытие, могут быть легко в него погружены. Для расплавления порошка необходим предварительный нагрев металлических предметов, на которые предполагается нанести покрытие. Предварительный нагрев целесообразно осуществлять в сушильных печах с циркуляцией воздуха при температурах выше плавления соответствующего полимера (100-200 °С). До предварительного нагрева поверхность обезжиривается. Подготовленные и нагретые металлические изделия опускаются в кипящий слой порошка (рисунок 1). После нанесения покрытия охлаждение полиэфинов должно по возможности осуществляться медленно. Полимерное покрытие может быть доведено до зеркального блеска.

図 1. 流動床コーティング プラントの図:

エア供給用チューブ、2 - サスペンション、3 - 本体、4 - 修理部品、5 - 多孔質隔壁、6 - パウダー

利点:

1. 塗布とその後の硬化の 1 サイクルで、高い耐食性を備えた厚い層のコーティングを得ることができます。

2. 技術適用サイクルに応じて、膜厚の均一性を調整できます。

設備の初期費用が安い。

欠点:

1. バスをロードするには必要です 多数の粉;

2. ワークピースを予熱する必要があります。

この塗布方法は、厚い塗膜を得る必要がある場合にのみ使用されます。

塗装する製品は単純な形状である必要があります。

振動法では、作業エリアにポリマー粉末の浮遊層を作成するために、機械式、電磁式、または空気式の振動装置が設備に装備されており、ダイヤフラムによって本体に接続された設備本体または浴槽の底部のみが振動します。 、振動させます。 チャンバーには多孔質の隔壁はありません。 この方法は、振動中により大きな粉末粒子が浮遊層の表面に上昇するため、均一な被覆が得られないため、広く使用されていません。

ボルテックス法と振動法を組み合わせたスプレー法はバイブロボルテックススプレー法と呼ばれ、懸濁層の構造や密度を均一にすることができ、流動性の悪いポリマー粉体や固化したポリマー粉体の塗布に使用されます。

電磁バイブレーターと毎秒 10 ～ 100 回の振動数を持つ膜が浴槽の下の設備の下部に取り付けられています。 粉末粒子は振動と気流の影響を同時に受け、均一なコーティング層が確保されます。 この方法は、保護および装飾コーティングを施すことを目的としています。

5.2 空気圧スプレー

予熱した製品の表面に粉体材料を空気圧噴霧器で吹き付ける塗装方法です。 この方法により、少量の粉末を使用して、さまざまな寸法や形状の製品にコーティングを施すことができます。 。

この方法の主な利点は、高い生産性、設計の単純さ、多用途性です。この方法の欠点は、製品の予熱が必要であること、溶射材料が非常に大幅に (最大 50%) 失われること、および全体に均一なコーティングが得られないことです。フィルムの厚さ、特に鋭いエッジや非垂直面が存在する場合。

粉末ポリマーの空気圧スプレーのすべての設備は、コーティングプロセスを調整および監視するための機器および装置を備えたフィーダーとスプレーヘッドで構成されています。 フィーダーは、スプレーヘッドに空気粉末懸濁液を供給するように設計されています。 スプレーヘッドは、コーティングされる表面に粉末を送ります。

図では、 図１０６のａ〜ｄは、粉末材料を塗布するためのスプレーガンの交換可能なノズルを示す。 ガンは粉体射出の原理で動作します。 供給される空気の流量はニードルによって調整され、空気と粉末の混合物がフィーダーからガンに供給されます。

3 無炎スプレー

空気と混合された粉末ポリマーが、スプレーヘッドを通して、事前に洗浄された製品の加熱された表面に塗布されます。 フレーム溶射法に比べて、スプレーヘッドの構造がシンプルであり、少量の粉体でさまざまなデザインやサイズの製品を溶射することができます。 無炎スプレーは、長さ 12 m までのさまざまな直径のパイプの外面および内面をコーティングするために使用されます。

5.4 遠心粉末噴霧法

パイプや容器、円筒容器の内面にコーティングを施す場合、加熱した製品に粉体を塗布し、同時に回転させてコーティングを得る遠心分離法が普及しています。

投与装置からの粉末は、水平面内で反対方向に回転するディスクに供給されます。 ディスク上の粉末は遠心力の作用下で噴霧され、フラット ジェットを形成します。

6. ポリマーコーティングの第 2 グループ

1 ガスフレーム溶射

ポリマーコーティング粉体塗装

ポリマーコーティングのガス炎塗布プロセスの本質は、粉末粒子が浮遊している圧縮空気の流れがアセチレン空気炎トーチを通過することです。 炎の中で、粉末粒子は加熱され、柔らかくなり、事前に準備され加熱された表面に衝突してそこに付着し、連続的なコーティングを形成します。 修理の現場では、車、トラクター、コンバインのキャビンやテール部分の表面の溶接部や凹凸を平らにするために、ガスフレーム法を使用したポリマーコーティングの塗布が使用されます。

スプレー材質 - プラスチック PFN-12 (MRTU6-05-1129-68)。 TPF-37 (STU12-10212-62)。 使用前に、これらの材料の粉末をメッシュ番号 016...025 (GOST 3584-53) のふるいにかけ、必要に応じて 60 °C 以下の温度で 5...6 分間乾燥する必要があります。数時間かけてふるいにかけた。

図 2. スプレーバーナーによる火炎溶射のスキーム。

ガスフレーム法で塗装を行う前に、傷や凹み、凹凸のある表面を矯正し、亀裂や穴を溶接する必要があります。 溶接部の表面を研磨して、鋭い角やエッジを取り除く必要があります。 溶接部や凹凸部の表面が金属光沢に洗浄されます。 準備された表面にはスケール、錆、汚染があってはなりません。 コーティングは UPN-6-63 インストールを使用して適用されます。 まず、損傷した表面をバーナーの炎で 220 ～ 230 °C の温度まで加熱します。 この場合、バーナーの移動速度は 1.2...1.6 m/min です。 アセチレン圧力 - 0.1004 MPa以上; 圧縮空気圧力 - 0.3...0.6 MPa; マウスピースから加熱面までの距離は 100...120 mm です。 その後、バーナーの火を消さずに、粉体供給バルブを開けます。 粉末はバーナーの 2 回または 3 回のパスで加熱された表面に塗布されます。 スプレー後 5 ～ 8 秒後、塗布されたプラスチック層を湿らせたローラーで転がします。 冷水。 プラスチックの圧延表面をバーナーの炎で 5 ～ 8 秒間加熱し、2 回または 3 回のパスで加熱されたコーティングに粉末の 2 層目を塗布し、再度ローラーで圧延します。 金属表面から溶射層までの遷移が均一になるように、溶射面を研削盤で洗浄します。

フレーム（サーマル）粉体塗装の場合、製品と粉体粒子を帯電させて生成する必要はありません。 静電界。 これは、ほぼすべての表面にペイントできることを意味します。金属だけでなく、プラスチック、ガラス、セラミック、木材、その他重合室内で変形したり燃えたりする可能性のある多くの材料にもペイントできます。

フレームコーティングは、かさばるオーブンや硬化チャンバーの必要性を排除し、スプレー装置が持ち運び可能で多用途であるため、この技術の使用において粉体塗装を新たな領域に導きます。 表面を加熱して粉体を吹き付けるだけでなく、表面を平らにするための再加熱にも使用されます。

この技術の欠点の中には、コーティングの表面が必ずしも滑らかであるとは限らず、その価値は装飾的というよりも機能的であることが挙げられます。 しかし、橋、船体、給水塔などの物体では、コーティングの小さな不均一性よりも腐食や錆からの保護の方が重要です。

6.2 プラズマ溶射

この方法の本質は、不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、またはヘリウムと窒素の混合物）の部分イオン化の結果として形成される高温プラズマ流によって、粉末材料を製品の表面に転写することです。 3000℃から8000℃の温度で電気アークに通すとき。

粉末材料がプラズマ流に導入されると、粉末は溶け、プラズマガスとともに製品の表面に塗布されます。 このような粉末材料の塗布は、プラズマスプレーを使用して手作業で行われます。 この設備には、噴霧器、変圧器、整流器、ガス流を制御する装置、および材料用のコンテナが含まれています。 プラズマ溶射では、粉体粒子の分散分布が狭く、約 3500℃の加熱に耐えられる粉体材料（フッ素樹脂、ポリアミドなどのポリマー）しか適用できないため、この方法は、その利点（高い生産性）にもかかわらず、 、無害性など））、産業界では広く応用されていません。

6.3 熱線法

ガスフレーム法に比べて生産性が高く、汎用性が高い。 粉末状の熱可塑性プラスチック材料が強力な熱流のゾーンに供給され、そこで材料が溶かされて製品の表面に塗布されます。 空気と粉末の混合物はボルテックス装置内で形成され、製品に送られます。 この方法は火炎よりも効率が高く、粉末の消費量が削減され、エネルギー消費量も低くなります。 コーティングはより高い物理的および機械的特性を持ち、製品の表面への密着性が優れています。 この方法の欠点は、粉体の大幅な損失と大気汚染です。

6.4 押出法

熱可塑性ポリマー材料から電線、ケーブル、鋼管、木片、その他の半製品にコーティングを施すには、単軸可塑化押出機をベースとした押出ラインが使用されます。 広く使用されているケーブル業界で押出ユニットを受領しました。 たとえば、通信技術では、直径 0.4 ～ 1.4 mm の銅線が厚さ 0.15 ～ 0.25 mm のポリエチレンまたはポリ塩化ビニルのフィルムで覆われています。 低周波機器にはPVCコーティングが使用されます。 直径 20 ～ 120 mm のケーブルの場合、厚さ 4 ～ 25 mm の HDPE コーティングが使用されます。 。

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図 5: スプレー コーティング

その人気の理由は次のような要因によるものです: ほぼすべての粉体塗料の高い帯電効率、広い表面を粉体塗装する際の高い性能、周囲湿度に対する感度が比較的低い、特殊効果のあるさまざまな粉体塗装 (メタリック、シャグリーン、マウアラなど) の塗布に適している）。

図 6. 電場内でのコロナ放電イオンの動きと粒子表面への堆積 (「衝撃帯電」)。

静電スプレーには、その利点とともに、多くの欠点もあります。 電界スプレーガンと部品の間に隙間ができると、隅や深い凹部に粉体塗装を施すのが困難になる場合があります。 さらに、噴霧器の静電パラメータや噴霧器から部品までの距離の選択を誤ると、逆イオン化が発生し、ポリマー粉体塗装の品質が低下する可能性があります。

粉体塗装用の機器 - 静電スプレーガンは、アンタンタの標準粉体塗装複合体です。

図 7. ファラデーケージ効果

ファラデーケージ効果は、静電気力と空気力学的力の結果です。

この図は、ファラデーケージ効果の影響を受ける領域に粉体塗装を適用すると、 電界スプレーによって作成された、凹部の端に沿って最大の張力を持ちます。 電力線は常に最も近い接地点に到達し、さらに内部に浸透するのではなく、凹部および突出領域の端に沿って集中する可能性が高くなります。

この強力な磁場により粒子の沈降が促進され、これらの場所に厚すぎる粉体コーティングが形成されます。

ファラデーケージ効果は、複雑な形状の金属製品に粉体塗装を施す場合に観察され、外部電場が浸透しないため、部品に均一な塗装を施すことが困難で、場合によっては不可能です。

逆イオン化

図 8. 逆イオン化

逆イオン化は、アトマイザーの帯電電極からの過剰な自由イオン電流によって引き起こされます。 自由イオンが部品の粉体塗装された表面に衝突すると、その電荷が粉体層に蓄積された電荷に追加されます。 しかし、部品の表面には多量の電荷が蓄積します。 ある時点で、帯電量が超過して、微小な火花が粉末を飛び越えて表面にクレーターを形成し、コーティングの品質の低下とその機能特性の違反につながります。 また、逆イオン化により生成が促進されます。 オレンジの皮、噴霧器の効率が低下し、得られるコーティングの厚さが制限されます。

ファラデーケージ効果と逆イオン化を軽減するために、帯電した粉末粒子が表面に引き寄せられるときにイオン化空気中のイオンの数を減らす特別な装置が開発されました。 アトマイザー自体が接地されているため、自由なマイナスイオンがそらされ、上記の悪影響の発生が大幅に減少します。 スプレーガンと部品の表面の間の距離を長くすると、スプレーガンの電流が減少し、逆イオン化プロセスが遅くなります。

7.2 トライボスタティックスプレー - 摩擦帯電

静電気の帯電は、帯電器内の粒子材料と壁材料の電子の仕事関数の違いによる電荷の交換、または不純物の化学組成、温度、相状態の違いによる粒子間の電荷の交換により行われます。表面構造など

図 9. トライボテクニカルスパッタリング

静電スプレーとは異なり、このシステムには噴霧器用の高電圧発生器がありません。 粉体は摩擦中に帯電します。

主な目的は、粉末粒子とスプレーガンの帯電面との間の衝突の数と強度を増やすことです。

摩擦電気シリーズの中で最も優れたアクセプターの 1 つはポリテトラフルオロエチレン (テフロン) であり、 良い運動ほとんどの粉体塗料に使用され、比較的高い耐摩耗性を持ち、衝撃による粒子の付着に耐性があります。

図 10. ファラデーケージ効果がない

摩擦帯電を備えたアトマイザーでは、強い電場もイオン電流も生成されないため、ファラデーケージ効果や逆イオン化は発生しません。 荷電粒子は奥深くに隠れた開口部に侵入し、複雑な形状の製品を均一に塗装することができます。

塗料を複数層塗布して厚い粉体塗装を実現することも可能です。

摩擦電気噴霧器の充電器は、噴霧材料を効果的に帯電させるために必要な次の 3 つの条件を満たす必要があります。

粉末粒子と摩擦帯電要素との複数回の効果的な衝突を確実にする。

摩擦帯電要素から表面電荷を除去する。

摩擦帯電プロセスの安定性を確保します。

摩擦帯電を使用するスプレーガンは、高電圧を変換する要素を備えていないため、コロナ放電場で帯電するスプレーガンよりも構造的に信頼性が高くなります。 アース線を除いて、これらの噴霧器は完全に機械式であり、通常の磨耗のみに影響を受けます。

7.3 イオン化流動層コーティング

コーティング装置は、製品 1 を配置する電気流動層を備えたチャンバーです (図 5)。 チャンバーは多孔質隔壁 2 によって 2 つの部分に分割されます。 多孔質隔壁の上部に粉末材料-3を流し込み、下部に圧縮空気を供給する。

図 11. 流動床チャンバー内のコーティング。

空気が一定の速度で多孔質隔壁を通過すると、粉末は浮遊状態に移行し、粒子が上昇する空気流の中で浮遊しているように見えます。 粒子の動きはランダムであるため、粒子は互いに衝突し、その結果、粒子に静電気が発生し、マイナスとプラスの両方の電荷が帯電します。

粉体層に配置された高電圧電極と接地された製品の間に生成される電場により、流動層内の粒子が電荷の兆候に従って分離されます。 高圧電極に負の電圧が印加されると、正に帯電した粒子が高電圧電極の周囲に蓄積し、負に帯電した粒子が流動粉体層の上部に蓄積します。 十分に大きな負電荷を持った粒子は、電場によって流動床から運び出され、生成物に向けられます。 流動層内の粒子濃度が高いため、高電圧電極表面のコロナ放電は完全にロックされた状態になります。 正に帯電した粒子が高電圧電極の周囲に蓄積すると、放電が発生し、コロナ放電のパルス状の局所的放出が発生し、その間に粒子は再帯電されます。 したがって、電気流動層では、粒子の帯電は次のようになります。 複雑な性格、粒子の静電気の帯電とガス放電での帯電を組み合わせたものです。

粉末粒子を噴霧製品に輸送するプロセスは、空気流中で実行されます。 さらに、粒子に作用する空気力学的力と電気力の比率は、コーティングに使用される装置が異なると大きく異なります。 内部帯電を備えたアトマイザーの場合、粒子の輸送が空気流のみによって行われる場合、電気流動床を備えたチャンバーでは、製品に向かう粒子の移動方向は主に電場によって生成されます。 外部から帯電したアトマイザーの場合、製品に向かう粒子の動きは空気力学と電気力によって等しく決定されます。

静電場中で粉末材料からコーティングを塗布する方法には、上記のすべての方法に比べて大きな利点があります。

予熱は必要ありません。

粉末材料の損失が減少します。

複雑な形状の製品に均一な厚さのコーティングを得る可能性。

スプレープロセスを自動化する可能性。

多用途性と高性能。

環境の清潔さ。

火災や爆発の危険を最小限に抑えます。

これらの要因により、静電場でポリマー コーティングを塗布する技術が広く使用されることが決まりました。

結論

ポリマーコーティングの塗布は、さまざまな種類の材料を悪影響から保護するために使用できる、かなり複雑な技術プロセスです。 環境、さまざまな製品に魅力的な外観を与えるために。 。

原則として、ポリマーコーティングの塗布は、内部環境の特定の指標が維持されている部屋で特殊な装置を使用して実行されます。 現在、さまざまな種類の材料にポリマーコーティングを適用する多くの技術的方法があります。

さまざまな種類のポリマーコーティングを塗布する際に使用される最も一般的な技術は、ガスフレームおよびボルテックス法、振動法および振動ボルテックス法、静電場でのコーティング、および表面にさまざまな種類のサスペンション、エマルション、およびガム組成物の使用です。処理。

通常、ポリマーコーティングは材料または最終製品の製造時に適用されますが、場合によっては、たとえば所有者が数年間使用した車にこのタイプのコーティングを適用することもできます。

ポリマーコーティングを塗布する各技術には独自の特徴があり、ポリマー材料の接着プロセスとポリマーの塗布方法の両方に関連する可能性があります。 いずれの場合も、ポリマーで製品をコーティングする前に、汚れ、古い塗装、その他の粗さを除去して表面を注意深く準備する必要があります。 。

さらに、ポリマーを材料の表面に塗布する作業を行う場合、このプロセスの技術に厳密に従う必要があり、場合によっては、コーティングが行われる温度が数百度に達することがあります。 また、塵やその他の粒子が時間の経過とともにポリマーコーティングの亀裂を引き起こす可能性があるため、このような作業が行われる部屋は完全に清潔でなければならないことにも注意してください。

樹脂コーティング装置の操作には重傷を負う可能性がありますので十分注意してください。

使用した情報源のリスト

パニマッチェンコ AD プラスチック加工編 職業、サンクトペテルブルク、2005 年。

カリヤキナ M.I.、ポプツォフ V.E. ポリマーコーティング技術：専門学校向け教科書。 - M.: 化学、1983 - 336 ページ、病気。

ヤコブレフ A.D.、ズドール V.F.、カプラン V.I. 粉末ポリマー材料とそれをベースにしたコーティング。 L.、化学、1979、254 p。

4. Meissela L. および Glang R. 薄膜技術: ハンドブック / 編 あたり。 英語から。 エド。 エリンソンMI、スモルコ。 G.G. - M.: ソビエトラジオ、1977年。 1. - 406 ページ; T. 2. - 353 p.

Lipin Yu.V.、Rogachev A.V.、Sidorsky S.S.、Kharitonov V.V. ポリマー材料の真空金属化技術 - Gomel、1994。-206 p。

Roykh I.L.、Kaltunova L.N. スチール上の保護真空コーティング。 M.: 機械工学、1971. - 280 p.

7. ブルック M.A.、パブロフ S.A. 固体表面での重合。 - M.: 化学、1990年。 - 130 p。

安田博司、プラズマ重合。 - M.: ミール、1988年。 - 376 p。

クラソフスキーA.M.、トルストピャトフE.M. 真空中でポリマーをスパッタリングすることによる薄膜の作製 / Ed. Bely V.A. - Mn.: 科学と技術、1989 - 181 p.

プラズマ溶射

プラズマ流を用いてコーティングを施す方法は、酸素アセチレン炎やアーク溶接を用いて金属をコーティングする方法に比べて、その能力に優れています。 この方法の他の方法に対する利点は、高融点金属の融点に関係なく、高融点金属でできた材料を溶かして多層コーティングを適用できることであり、これにより、修復寸法を超えた部品の修復が可能になります。

他の高温コーティング溶射方法と同様に、プラズマ溶射は部品の反りや構造の変化を引き起こしません。 プラズマコーティングの耐摩耗性は硬化鋼 45 の 1.5 ～ 3 倍高く、摩擦係数は 1.5 ～ 2 倍低いです。

プラズマジェットは、フィラーワイヤーや金属粉末を溶かすことにより、鋼、アルミニウムおよびその合金、その他の材料で作られた製品の表面仕上げやコーティングに使用されます。 プラズマは、さまざまな材料の切断や表面処理、はんだ付け時の加熱、熱処理などに利用されます。 プラズマの形成と保護に中性ガス（アルゴン、窒素、およびそれらの混合物）を使用することで、合金元素の焼損や粒子の酸化を最小限に抑えることができます。 プラズマ溶射は金属コーティングの特性を改善できますが、修復される部品の表面に対するコーティングの接着強度が低いこと、プラズマ トーチの信頼性、高いノイズとアークの輝度により、その普及は制限されています。 プラズマ アークは、高度にイオン化された状態の原子、イオン、電子、および光量子の分子から構成される高強度の熱源であり、その温度は 20,000 °C 以上に達することがあります。

プラズマ ジェットには明るく輝くコアがあり、その長さはノズルとチャネルのサイズ、ガスの組成と流量、電流値に応じて 2 ～ 3 ～ 40 ～ 50 mm まで変化します。そして弧の長さ。

この設備の電力回路は 2 つの電源で構成されています。そのうちの 1 つはプラズマ アークに電力を供給するように設計されており、もう 1 つはメイン アークを維持するように設計されています。 プラズマ生成用ガスは、制御盤内のガス機器を介してボンベから供給されます。 充填剤粉末の供給には輸送ガスが使用されます。 ガス機器はボンベ、減速機、流量計、混合器、ヒューズ、電磁弁などから構成されます。

表面仕上げには、2 つのアークが同時に燃焼するプラズマ トーチを使用することをお勧めします。1 つはプラズマ形成で、2 つ目はベース メタルをサブメルトし、フィラー メタルを溶かします。 スプレーする場合は、ノズルの開口部を通過するプラズマ流の一部によってフィラーと母材が加熱されるバーナーを使用することをお勧めします。

ニレジストとブロンズパウダーは、減摩コーティングのスプレーに使用されます。 自溶合金 PG-SRZ、SNGN-50、ステンレス鋼の粉末は、耐摩耗性コーティングのスプレーやシャフトやベアリング シートの修復に混合して使用されます。

金属間化合物粉末 (金属と金属の化合物) PN55T、PN85Yu15 は、コーティングの接着強度を高めるための下層 (0.05 ～ 0.1 mm) として、またコーティングの凝集強度を高めるための粉末混合物の成分として使用されます。 プラズマコーティングは、最大0.6...0.8 mmの層厚さでかなり高い接着強度値を持っています。

ZIL-130エンジンのクランクシャフトのメインおよびコネクティングロッドジャーナルをスプレーするには、15...25％（重量）PN85Yu15 + 35...40％PG-SRZ + 35の粉末の混合物を使用できます。 ..50% P2X13。 経済的な理由から、主成分が安価な粉末（ニレジスト、ステンレス鋼、ブロンズ）である混合物をスプレーすることをお勧めします。 それらには 10 ～ 15% の PN85Yu15 粉末が含まれています。

NPO Tulachermet が製造する粉体 PR-N70Yu30 および PR-N85Yu15 は、高炭素粉体と組み合わせて下層および主コーティング層として機能します。

プラズマ溶射時の皮膜の品質は、バーナーの出力、ガス流量、電気モード、粉末供給、溶射条件（バーナーと製品の距離、溶射角度はそれぞれ設定されます）に大きく依存します。 特定のケース実験的に。

米。 1. プラズマサーフェスの設置図:
1 - 主電流源。 2 - 励起用の電流源。 3 - プラズマトーチ; 4 - 表面仕上げ粉末を輸送するガスシリンダー。 5 - ガス減速機; 6 - ディスペンサー。 7 - プラズマ形成ガスが入ったシリンダー。 8 - 回転計。 9 - ミキサー。

米。 2. 表面仕上げ (a) およびスプレー (b) 用のプラズマ トーチのスキーム:
1 - タングステン電極（カソード）; 2 - 絶縁ガスケット; 3 - ノズル（陽極）; 4 - 血漿。 5 - 堆積層。 6 - ベースメタル。 7 - 表面仕上げパウダーを供給するためのチャネル。 8 - 冷却水用のチャネル。 9 - スプレー層。

超硬材料によるプラズマ表面仕上げを使用して、摩耗が 3 mm 以内の「シャフト」タイプの部品 (ギア シャフト、中空および中実シャフトと車軸、ユニバーサル ジョイントおよびディファレンシャル) を修復するには、OKS-11231-GOSNITI 設備が使用されます。

溶接部の直径と長さはそれぞれ20～100mmと100～800mmです。 使用粉末：ソルマイト、アルミニウム粉末ASDTと混合。 US-25 アルミニウム付き。 T-590 アルミニウム; PG-L101 アルミニウム; ガス - アルゴン、圧縮空気。 適用金属の硬度は最大66HRC3です。 寸法機械2225×1236×1815 mm。

GOSNITI によると、この施設の導入による年間の経済効果は 9,000 ルーブル以上になるという。

OKS-11192-GOSNITI インストールを使用すると、PG-SR2 粉末材料を使用して、すべてのブランドのディーゼル エンジンのバルブ プレートの面取りが正常に修復されます。 その生産性は 1 シフトあたり 80 ～ 100 個のバルブです。

VSKHIZO-Z 小型プラズマ トーチは高い動作信頼性を示しており、改造された UMP-5-68 設置と組み合わせることで、以下の組成を使用して YaMZ-238NB、SMD-14、および A-41 エンジンのクランクシャフトを修復することが推奨されます。 Sv-08G2S-80 ワイヤー ...85% + パウダー PG-SR4-15 ... 20% (SMD -14 および A-41) およびワイヤー 15GSTYUTSA-75 ...80% + パウダー PG-SR4-20。 ..25%。 最初のケースのシャフトジャーナルの硬度は46.5...51.5 HRC3、2番目のケースでは56.5...61 HRC3です。 ジャーナルとベアリングの耐摩耗性はクランクシャフトレベルです。

製品に対する金属皮膜の密着強度の確保、安価な新素材の探索、 効果的な方法プラズマ溶射前の部品の磨耗した表面の準備。

1つ目は、追加の操作を導入することによって解決できます。これは、コーティングの塗布直後にプラズマまたは酸素アセチレントーチを使用して溶射コーティングを溶解することと、高周波電流で加熱することによって実行されます。 コーティングの溶融後、その物理的および機械的特性が向上し、接着強度が10倍以上に増加します。

この方法を使用して部品を修復する技術プロセスには、製品の表面を汚染物質や酸化物から洗浄すること（必要に応じて、部品の正しい幾何学的形状を与えるための予備研削）、脱脂および研磨ブラスト（硬化の生成、酸化膜の破壊、粗さが増加します）、部品に溶融コーティングをスプレーし、その後製品を機械加工します。

アブレイシブブラスト時の圧縮空気圧力は0.4～0.6MPa、吹き付け距離は50～90mm、アブレイシブジェットの迎え角は75～90°です。 処理時間は研磨剤（粒径80～125ミクロンの白色エレクトロコランダム粉末23A、24Aまたは黒色炭化ケイ素53C、54C、GOST 1347-80、鋼または鋳鉄のクラッシュショットDSKおよびDChK No.08K）によって異なります。 ; No. 1.5K GOST 11964-69）、部品の材質と硬度、および加工された表面の面積。 準備からスプレーまでの時間は最小限に抑え、1.5 時間を超えてはなりません。

プラズマ溶融中のノズル出口から部品表面までの距離は、50 ～ 60 mm 以内に短縮されます。

円筒部品の場合、10...20 min-1 の周波数で回転すると溶解が行われます。

装置 011-1-01、011-109 またはねじ切り旋盤は、プラズマ溶射用の回転子として使用できます。

最終的な層の厚さを選択するときは、溶融時の収縮 (10 ～ 20%) と機械加工の許容値 (片面あたり 0.2 ～ 0.3 mm) を考慮する必要があります。

金属粉末をスプレーしたプラズマ コーティングは、標準的な切削工具を使用してねじ切り旋盤またはグラインダーで加工されます。 特に合成ダイヤモンド砥石による研削が効果的です。

研究によると、コーティングの溶解を伴うプラズマ溶射は、あらゆる形状の重要な自動車部品 (ディスクとプッシャーロッド、ディスクとバルブステムの面取り、クランクシャフト、ウォーターポンプローラー) を修復できることが示されており、専門家は技術を開発する際にこれを考慮する必要があります。これらの部品を復元するためのプロセス。

農業機械の摩耗した作動部品を迅速に修復する場合は、プラズマ溶射の使用をお勧めします（この場合、超硬粉末を適用することが望ましい）。 高温で動作する部品に耐熱防食コーティングを施すのに使用できます。

しかしながら、溶射皮膜の問題はまだ完全には解決されていない。 たとえば、溶射中のコーティングの厚さの制御、溶射されたコーティングの機械的処理などです。 既存の高温溶射技術とそれを実現するための設備をさらに改善し、この技術の能力と利点に関する徹底的かつ包括的な研究を行い、特定の部品に粉末ワイヤ材料を使用するための科学的根拠に基づいた推奨事項を開発することが必要です。 。

にカテゴリ: - 段階的な修復方法

プラズマ溶射金属粒子の加熱と移動の両方にプラズマ ジェット エネルギーを使用することに基づいています。 プラズマジェットは、電気アークを通してプラズマ形成ガスを吹き込み、銅製の水冷ノズルの壁を圧縮することによって生成されます。
プラズマコーティングには、耐熱性、耐熱性および耐浸食性、熱および電気絶縁性、焼き付き防止、耐食性、キャビテーション保護、半導体、磁気などの特性があります。

プラズマコーティングの適用分野: ロケット、航空および宇宙技術、機械工学、エネルギー (原子力を含む)、冶金、化学、石油および石炭産業、輸送、エレクトロニクス、無線および機器工学、材料科学、建設、機械の修理および修復部品の。

線材の火炎溶射のコストを1とすると、粉末のプラズマ溶射と火炎溶射のコストはそれぞれ1.9と1.6、電気アーク溶射のコストは0.85となります。

プラズマジェットはプラズマトーチで生成され、その主要部品（図3.34）は電極陰極/、水冷銅ノズル陽極4、鋼製ハウジング2、水供給装置3、粉末5です。 6. 互いに隔離された、カソードまたはアノードと相互作用するハウジングの部分。
粉末材料は輸送ガスを使用してフィーダーに供給されます。 プラズマ形成ガスを使用して粉末を導入することが可能です。
溶射された材料 (粉末、ワイヤ、コード、またはそれらの組み合わせ) は、陽極スポットの下のプラズマ トーチ ノズル、プラズマ アーク カラムまたはプラズマ ジェットに導入されます。

高温とジェット速度により、加熱しても解離しないあらゆる材料から、溶融温度の制限を受けることなくコーティングをスプレーすることが可能になります。 プラズマ溶射では、金属、合金、酸化物、炭化物、ホウ化物、窒化物、複合材料のコーティングが生成されます。

コーティングに必要な物理的および機械的特性は、高温のプラズマとその流量、不活性プラズマ形成ガスの使用、および金属プラズマジェットの形成のための空気力学的条件を調整する能力によって説明されます。
部品の材料に構造変化はなく、緻密で硬い下層と多孔質で柔らかい上層を組み合わせて、耐火材料やさまざまな材料の多層コーティングを適用することが可能です（コーティングのなじみ特性を改善するため） ）、コーティングの耐摩耗性が高く、プロセスの完全自動化が可能です。

ワイヤを介して合金化する場合、表面処理は、溶融フラックスの下でハイカーボンまたは合金ワイヤを使用して実行されます。 これにより、高い合金化精度と、コーティング深さ全体にわたる蒸着金属の化学組成の安定性が保証されます。

フラックスを介して堆積された金属の合金化は、セラミックフラックスの層の下に低炭素ワイヤを表面に置くことによって実行されます。 コーティングの硬度が高いため、その後の熱処理が不要になります。 しかし、この合金化方法は、堆積された金属の化学組成の不均一性が大きく、表面処理の状態を厳密に維持する必要があるため、広く応用されることはありませんでした。

ワイヤとフラックスを同時に合金化する組み合わせ方法が最も普及しています。

電源にはフラットスロープまたはリジッドな外部特性を持つ整流器VS-300、VDU-504、VS-600、VDG-301とコンバータPSG-500を採用。 特殊な装置をパーツローテータとして使用します (UD-133、UD-140、UD-143、UD-144、UD-209、UD-233、UD-299、UD-302、UD-651、OKS-11200、OKS- 11236、OKS-11238、OKS-14408、OKS-27432、011-1-00 RD)、または廃止された旋盤またはフライス盤。 ワイヤ送給にはヘッドA-580M、OKS-1252M、A-765、A-1197を使用します。

浮上加工の主な技術パラメータ: 電極材料とフラックスの組成、アーク電圧 U、電流の強さと極性、電極材料の浮上速度 vH と供給 vn、浮上ピッチ S、天頂からの電極の変位 e、直径 d3 および電極はみ出し。 円筒部品のフラックス層の下での表面仕上げのおおよそのモードを表に示します。 3.52。

フラックス層下の表面処理には以下の種類があります。

平面を修復するには、低炭素鋼または合金鋼で作られた横たわる電極 (ロッドまたはプレート) を使用して表面を仕上げます。 フラックスの一部は修復対象の表面（厚さ3～5 mm）に注がれ、一部は電極に注がれます（フラックス層の厚さは10～15 mmに達します）。 フラックス混合物が使用されます。 ある箇所では、電極がアークを励起する部品に接続されており、燃焼時にアークが横方向にさまよう。 電流密度は 6 ～ 9 A/mm、電圧 35 ～ 45 V です。このプロセスを実行するには、OKS-11240 GosNITI インストールが必要です。

生産性が向上し、コーティング中の合金元素の含有量が増加するのは、広範囲にわたって著しい摩耗が発生した部品を多電極サブマージドアークで表面処理することによって実現されます (図 3.23)。 部品とそれに最も近い電極の間で漂遊アークが燃えます。

フラックスの下に粉末層 (厚さ 6 ～ 9 mm) をトラップすると、プロセスの生産性が向上し、目的の組成の厚いコーティングを確実に製造できます。
フラックス層による機械化表面仕上げの適用範囲は、炭素鋼および低合金鋼で作られた部品 (直径 50 mm を超える) の修復にまで及び、高い要件を備えた 2 mm より厚い層の塗布が必要となります。その物理的および機械的特性について。 シャフトジャーナル、ローラーとローラーの表面、ベッドガイド、その他の要素が融合されています。

フラックス層の下での機械化された表面仕上げには、次の利点があります。

— 手動の電気アーク表面処理と比較して労働生産性が 6 ～ 8 倍向上し、同時に熱効率が高いためエネルギー消費量が 2 倍削減されます。

— 高品質必要な合金元素の飽和と熱プロセスの合理的な構成により金属が堆積します。

— 厚さ > 2 mm/p のコーティングを得る能力。

アルゴン、ヘリウム、窒素、水素、およびそれらの混合物は、材料をスプレーするときにプラズマ形成ガスとして使用されます (表 3.68)。 プラズマ形成ガスには酸素が含まれていないため、材料やスプレー表面が酸化されません。

ヘリウムと水素が入っている 純粋な形電極への破壊的な影響だけでなく、経済的な理由から、実際には使用されません。

窒素とアルゴンがより頻繁に使用されますが、Ar + N や Ar + H2 などの混合ガスが最高のパフォーマンスを発揮します。 プラズマ形成ガスの種類は、必要な温度、熱量、流量、溶射材料に対するガスの不活性度、および修復される表面に基づいて選択されます。 二原子および多原子ガスのプラズマは、単原子ガスと比較して、同じ温度でより多くの熱を含むことを考慮する必要があります。これは、そのエンタルピーが原子の熱運動、イオン化および解離エネルギーによって決定されるためです。

粉末またはコード材料をスプレーする場合、プラズマ トーチの電極に電圧が印加されます。 ワイヤー材料を溶射する場合、バーナー電極に電圧を加えて溶射材料に電圧を印加することもできます。 ワイヤは電流を流している場合もあれば、通電していない場合もあります。 溶射部分は負荷回路には含まれません。

プラズマ溶射用の粉末は輸送パイプラインに詰まりを生じさせてはなりませんが、プラズマ流に均一に供給され、ガスの流れとともに自由に移動する必要があります。 これらの要件は、直径 20 ～ 100 ミクロンの球状粉末粒子によって満たされます。

電気溶接研究所にちなんで名付けられました。 E.O. ウクライナのPaton NAS社はフラックス入りワイヤを開発しました。 アモテック スチールシェルと粉末フィラーで構成されています。 これらの材料は、ガス炎、電気アーク、プラズマ溶射を使用して耐摩耗性および耐腐食性のコーティングを施すことを目的としています。 この材料の特別な特徴は、溶射コーティングの構造を非晶質化する可能性があることです。 コーティングの構造中に非晶質成分が存在すると、使用特性（耐摩耗性と耐食性、ベースとの接続強度）が向上します。

溶射材料の粒子を酸化、脱炭、窒化から保護するために、プラズマジェットの殻のようなガスレンズ（不活性ガスの環状流）と、溶射プロセスが行われる不活性環境を備えた特別なチャンバーが使用されます。 。

部品の修復工程におけるプラズマ溶射の活用例をご紹介します。

シリンダーブロックのメインサポートを修復するいくつかの種類のプロセスが習得されています。 この方法の最初の研究者は、均一で微細に分散したコーティング構造を確保し、ベースへの接続強度を高めるために、適用材料として低炭素鋼線 Sv-08 を推奨しました。 その後、粉末材料が推奨されました。 複合粉末やブロンズ粉末が普及しています。 鋳鉄部品とアルミニウム合金部品の両方の表面に青銅粉末が塗布されます。 最初に熱応答性 Al-Ni サブレイヤーを塗布する必要があります。

鋳鉄シリンダーブロックのメインベアリングを修復する場合、160～200ミクロンの組成の粒度を持つ安価な粉末が使用されます：Fe（ベース）。 5％のSiと1％のAI。 コーティングモード：プラズマアーク電流３３０Ａ、電圧７０Ｖ、プラズマガス（窒素）流量２５リットル／分、プラズマトーチノズル径５．５ｍｍ、プラズマトーチ発振周波数８３分、部品送り３２０ｍｍ／分、粉体消費量７ kg/h。

アルミニウム合金部品の穴の表面にプラズマ コーティングを施すプロセスには、次のものが含まれます。

１）粉末を１５０～２０℃の温度で３時間乾燥する。

2) 公称穴サイズを 1 mm 超えるサイズの穴を予備穴あけします。

3) 保護スクリーンの設置。

４）スプレーされた表面をアセトンで脱脂する。

５）２回の操作でコーティングする。

6) 保護スクリーンの取り外し。

7) 予備ボーリングと最終ボーリング。

8) フラッシュの除去。

最初の操作では、PN-85Yu15 のサブレイヤーが適用され、2 番目の操作では、PMS-N 銅粉末のメイン層が適用されます。 コーティング塗布モード: 電流 220 ～ 280 A、窒素流量 20 ～ 25 l/min、圧力 0.35 MPa。 ノズルから部品までの距離は 100 ～ 120 mm、コーティング時間は 15 分です。 コーティングはスタンド上に適用されます。 プラズマ形成装置は、電源 IPN 160/600 n インストール UPU-ZD または UPU-8 で構成されます。

プラズマ溶射は、シルミンシリンダーヘッドの平面にコーティングを施すために使用されます。 この技術には、摩耗した表面の予備フライス加工、コーティング、およびその後の処理が含まれます。 アルミニウム粉末と40～48%のFeをコーティング材料として使用します。 コーティングモード: 電流 280 A、ノズルから部品までの距離 90 mm。 プラズマ形成ガス (窒素) の消費量 72 リットル/分。

プロセスのコストを削減し、生産性を向上させるために、直径 2 mm の Sv-AK5 ワイヤから飛行機を電気アーク溶射するプロセスが導入されました。 VGD-301 電流源と EM-12 メタライザが使用されます。 スプレーモード: 電流 300 A、電圧 28 ～ 32 V、スプレー空気圧 0.4 ～ 0.6 MPa、ノズルから部品までの距離 80 ～ 100 mm。 厚さ 5 mm のコーティングが 8 ～ 10 分で塗布されます。

アルミニウム合金ピストンを修復する場合、PR-Br ブロンズ粉末のプラズマ コーティングが適用されます。 AZHNMts 8.5-4-5-1.5 (8.5% AI、4% Fe、4.8% Ni、1.4% Mn、残り Cu)。 UPU-8 インストールを使用します。 適用モード: 電流 380 A、ノズルから部品までの距離 120 mm。 プラズマ形成ガスはアルゴンと窒素の混合物です。

高強度鋳鉄製のクランクシャフトを修復する場合、粉末組成物からなるプラズマ コーティングが PN-85Yu15 材料で作られた熱応答性ベースに適用されます。 組成: 50% PGSR、30% PZh4、20% PN85Yu15。

プロセスモード: I = 400 A、ノズルからワークピースまでの距離 150 mm。 窒素流量 25 l/min。 ソ連第 1737017 号の発明に関する著者の証明書によると、その目的はコーティングの接着力と凝集力を高めることであり、適用される材料には次の成分が含まれています (重量%): Ni-Cr の自溶合金-B-Si系25～50、鉄粉30～50、ニッケル・アルミニウム粉20～25。

マイクロプラズマ溶射は、溶射材料の損失を減らすために、寸法 5 ～ 10 mm の部品のセクションを修復するときに使用されます。 低電力プラズマ トーチ (最大 2 ～ 2.5 kW) が使用され、電流強度 10 ～ 60 A で準層状プラズマ ジェットが生成されます。アルゴンは、プラズマ形成およびシールド ガスとして使用されます。 マイクロプラズマ溶射では、金属プラズマジェットの直径を 1 ～ 5 mm まで縮小することができます。 このプロセスは、低騒音レベル (30 ～ 50 dB) と少量の排気ガスを特徴としており、作業室を使用せずに屋内でスプレーを実行できます。 MPN-001 マイクロプラズマ溶射設備が作成されました。

プラズマ溶射の技術モードは、材料の種類と分散、プラズマ ジェットの電流とその電圧、プラズマ形成ガスの種類と流量、プラズマ トーチ ノズルの直径とプラズマ トーチ ノズルからの距離によって決まります。ノズルをスプレー面に当てます。

材料粒子の分散、プラズマジェットの流れ、プラズマ形成ガスの流量によって、粒子の加熱温度と粒子の移動速度が決まり、したがってコーティングの密度と構造が決まります。

部品に対するプラズマ トーチの移動速度が速くなり、層の厚さが薄くなると、コーティング特性の均一性がさらに高まります。 この速度は材料利用率にはほとんど影響を与えませんが、プロセスの生産性に大きな影響を与えます。

ノズルから修復する表面までの距離は、プラズマ形成ガスの種類、溶射材料の特性によって異なり、120 ～ 250 mm (通常は 120 ～ 150 mm) の範囲内で変化します。 パーティクル フローの軸と復元する表面の間の角度は 90° に近づく必要があります。

プラズマ流の熱量、この流れにおける粒子の滞留時間、および速度の最適な組み合わせにより、高い物理的および機械的特性を備えたコーティングの生成が保証されます。

プラズマ コーティングの特性は、溶融すると大幅に向上します。 この場合、材料の最も可融性の部分が溶けますが、加熱温度は、酸化物から金属を還元してスラグを形成するホウケイ酸塩を溶かすのに十分な温度でなければなりません。

溶解する材料は次の要件を満たしている必要があります: 合金の低融点成分の溶解温度は 1000 ～ 1100 °C を超えてはなりません。 加熱された状態の合金は、ワークピースの表面をよく濡らし、自溶性を有する必要があります。 融点が 980 ～ 1050 °C で、フラックス元素であるホウ素やシリコンを含むニッケルベースの粉末材料には、このような特性があります。 コーティングの加熱温度が不十分であると、表面に金属滴が形成されます。 コーティングの一部が液体状態であるため、集中的な拡散プロセスが促進されますが、パーツの材料は固体状態のままです。

溶融の結果、コーティングとベースの間の結合強度が大幅に増加し、凝集力が増加し、気孔がなくなり、耐摩耗性が向上します。

溶融コーティングはモノリシックコーティングに近い機械加工性を持っています。 耐熱鋼および同様の化学組成の合金。
コーティングが溶ける： ガスバーナー（アセチレン酸素炎）、熱炉内で、インダクター（高周波電流）、電子またはレーザービーム、プラズマトーチ（プラズマジェット）を使用して、大電流を流します。

ガストーチを使用したリフローは、リフローの品質を視覚的に制御できる最も簡単な方法です。 この方法の欠点は、部品が一方的に加熱されるため、反りが発生する可能性があることと、大型部品を加工する際に労働力が増大することです。

炉溶解により部品全体が確実に加熱されるため、亀裂の可能性が減少します。 しかし、コーティングに隣接する部分の領域はスケールで覆われ、物理的および機械的特性が低下します。 加熱時のコーティングの特性に対する酸化性雰囲気の悪影響は、保護環境の存在下で排除されます。

高周波リフローによって良好な結果が得られ、ワークピース全体の熱処理を中断することなく生産性が向上します。 コーティングと隣接するベースメタルの薄層のみが加熱されます。 加熱された金属の厚さは電流の周波数に依存します。周波数が増加すると、厚さは減少します。 加熱速度と冷却速度が速いと、コーティングに亀裂が生じる可能性があります。

電子またはレーザー ビームでコーティングを溶解しても、コーティングに関連する領域や部品のコアの特性は実質的に変わりません。 これらの方法はコストが高いため、他の方法ではコーティングが溶けにくい重要で高価な部品を修復する場合に使用する必要があります。

ニッケルベース合金 PG-SR2 の溶融コーティング。 PG-SRZ および PG-SR4 には次の特性があります。

— ホウ素含有量に応じて硬度 35...60 HRC。

- 耐摩耗性は、硬化鋼 45 と比較して 2 ～ 3 倍増加しました。これは、コーティング構造内の硬質結晶 (ホウ化物および炭化物) の存在によって説明されます。

- コーティングとベース間の接続強度は、未溶融コーティングの接続強度と比較して 8 ～ 10 倍増加します。

— 疲労強度が 20...25% 増加しました。

その後の溶融を伴うプラズマコーティングの適用分野は、交互負荷と接触負荷の条件下で動作する部品の表面の修復です。

溶融したコーティングは多相構造を持ち、その成分はホウ化物、過剰な炭化物、および共晶です。 微細構造のタイプ (分散度、成分の種類および数) は、自溶合金の化学組成、加熱時間および温度によって異なります。

負荷がかかったジョイント内の部品の最高の耐摩耗性は、自溶合金で作られたコーティングによって提供されます。 コーティングの構造は、粒子サイズ 1 ～ 10 ミクロンの金属様相 (主にホウ化物または炭化物) がベースに均一に分散された分散金属相を含む高度に合金化された固溶体です。

金属および非金属コーティング (耐火性、耐摩耗性、耐腐食性) のプラズマ溶射には、UN-115、UN-120、UPM-6 の設備が使用されます。 UPU-ZD。 UPS-301。 403号。 UPRP-201。

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耐摩耗性を向上させるという観点から、摩耗部品の製造に使用される原材料の特性と周知の技術の埋蔵量はほぼ完全に使い果たされていることに注意することが重要です。

信頼性が高く、耐久性があり、競争力のある摩耗部品を作成するための有望な方向性の 1 つは、 現代のテクノロジー機能性コーティングの塗布。 世界の実務では、主に最も一般的に使用されている 3 つのコーティング方法があります。それは、表面処理、スパッタリング、および蒸着技術です。 エンジニアリング生産技術者が直面する最適な方法を選択するという困難は、上記の技術の多数のサブタイプ、多様なモード、および使用される添加剤やその他の添加剤の多様性によって複雑になります。 副資材。 したがって、これらのプロセスの主な特性、利点と欠点を理解することで、特定の生産上の問題を解決するためのテクノロジーの選択をナビゲートできるようになります。

米。 1 シャフトへのスプレー

この塗布方法の主な特徴はコーティングの厚さです。表面仕上げプロセスの場合は 1 mm 以上、スプレーの場合は 1 mm 未満、堆積の場合は 10 ミクロン未満です。 この記事では、大気圧で実行される最も一般的に使用されるガス熱法の比較特性を示し、これらの方法の定義を示し、その分類、長所と短所を検討します。

表面処理技術

表面仕上げとは、製品の溶融金属表面に溶融フィラー材料から数ミリメートルの厚さの層でコーティングを施すことです。 検討中のガス熱プロセスの加熱源の種類に応じて、表面仕上げは、ガス炎の熱（ガス炎表面仕上げ）、電気アーク（保護ガス環境での電気アーク表面仕上げ）、またはガス炎の熱を使用して実行できます。圧縮アーク (プラズマ表面化)。

米。 PVバルブ2個

表面仕上げの目的は、耐摩耗性と耐腐食性の表面特性を備えた部品を製造することと、高密度で接着強度の高いコーティングを製品に適用し、高い条件下で作業することによって摩耗した部品や欠陥のある部品の寸法を修復することです。動的で交互の荷重がかかったり、激しい磨耗にさらされたりする場合があります。

表面仕上げプロセスの利点:

• 堆積ゾーンのサイズに制限はありません。
• さまざまな厚さのコーティングを適用する可能性。
• ベースメタルと同じ組成の材料を適用することにより、修復された部品の必要な寸法を得ることができる。
• 磨耗した部品のサイズを回復するだけでなく、局所的な亀裂、毛穴、その他の欠陥を除去して製品を修復するためにも使用します。
• （プラズマ表面化に関連して）直流でプロセスを実行する可能性 逆極性陰極洗浄の効果によりバイメタル化合物の特性の品質と安定性が向上し、酸化物や吸着膜の除去、液体金属による処理表面の濡れの改善に現れます。 直流極性電流を使用する表面仕上げと比較して入熱が低く、その結果、基板の溶融が存在しないか、最小限に抑えられます。
• プロセスを繰り返す可能性があるため、溶接部分の高い修復性が得られます。
• 高い生産性とプロセス自動化の容易さ。
• 機器の比較的単純さと機動性。

表面仕上げ技術の欠点:

• 卑金属元素の移行により、堆積されたコーティングの特性が変化する可能性。
• 合金元素および金属ベースの酸化による、ベースおよび堆積金属の化学組成の変化。
• 母材金属の構造変化、特に粗粒構造と新たな脆性相の形成の可能性。
• 重大な熱影響による堆積製品の変形の発生。
• 部品の表層に 500 MPa に達する大きな引張応力が形成されます。
• 堆積生成物の耐疲労特性の低下。
• 溶射金属と熱影響部に亀裂が発生する可能性があり、その結果、ベース金属と溶射金属の組み合わせの選択が、例えば溶射の場合よりも限定されます。
• 場合によっては、溶接製品の予熱と徐冷の使用が必須となり、プロセス時間が長くなります。
• 機械加工のための大きな許容値の存在と、その結果として表面金属の大幅な損失。
• 厚い堆積層の機械的処理の複雑さ。
• 表面の優先位置を水平位置に堆積させるための要件（粉末金属を使用する場合は、より低い位置で表面仕上げを使用する必要がある）。
• 複雑な形状の小型製品の表面仕上げが困難。

表 1. 表面処理工法の技術的および経済的指標

方法 表面化	生産性 方法		コーティングの厚さ	加工手当	鉱床中の卑金属の割合	接着強度	後の部品の変形 表面化	耐疲労性の低下	生産性係数 Kp	技術的および経済的効率係数、 ケ
	kg/h	cm2/分	mm	mm	%	MPa		%
ガスの炎	0.15 2.0	1 3	0.53.5	0.40.8	530	480	重要な	25	0.70.6	0,14
CO2環境下では	1.5 4.5	18 36	0.53.5	0.71.3	1245	550	重要な	15	1.81.7	0,40
Ar環境下では	0.3 3.6	12 26	0.52.5	0.40.9	625	450	減少	25	2,11,7	0,17
プラズマ	1 12	45 72	0.55.0	0.40.9	030	490	減少	12	2,21,9	0,56

検討されている表面処理方法の技術的および経済的指標は、以下に示されています。 テーブル 1ここで、指標は厚さ 1 mm のコーティングに対して示されています。 生産性係数 - K p は、手動アーク法 t r.n を使用して条件付き部分を復元するのに費やされる主な時間と、比較された方法 t i を使用して条件付き部分を復元するのに費やされる主な時間の比として計算されます: K p = t r。 /t i . 条件付き部品の修復にかかる主な時間には、事前およびその後の機械的処理やコーティングを含む必要な時間が含まれます。 技術的および経済的効率の係数 - K e は、従来の部品を修復する方法の生産性と費用対効果を考慮して決定されました: K e = K p ·E a /100、ここで E a は部品を修復するときの節約量です。従来の部分、%。

考慮された方法の中から特定の表面仕上げ方法を使用するかどうかは、製造条件、溶接部品の数、形状およびサイズ、溶着中の母材の許容割合、技術的および経済的指標、および修復表面仕上げの場合に決定されます。摩耗量。

溶着金属の種類、ひいては溶加材のグレードは、溶接部品の使用荷重の種類に応じて選択されます。 機械部品や工具の主な負荷の種類は、研磨、衝撃研磨、水研磨、接触衝撃、熱機械的、金属同士の摩擦、キャビテーション、腐食です。 機械部品は、ほとんどの場合、複数の種類の負荷を同時に経験します。 したがって、蒸着金属の種類を選択するときは、一般的な摩耗の種類によって決まります。

米。 3 カッターへのコーティングの付着

検討された方法の比較分析から、プラズマ表面処理プロセスの利点は、その高い生産性、わずかな機械加工代、堆積物中の卑金属の割合が最小限であること、および疲労抵抗の減少が最小限であることにより、明らかです。 プラズマパウダー表面処理プロセスは特に効果的であり、正確に指定された浸透深さとコーティング厚さ、層の厚さ全体にわたる高い均一性、表面処理金属の最初の層にすでに必要な組成、構造、特性を提供できる能力、自動化の程度が高く、残留応力と変形が少なく、母材によるコーティングの希釈がありません。

スパッタリング技術

溶射とは、溶射材料を高温源で加熱し、気体と粉末の二相流を形成し、製品の表面に厚さ1mm以下の皮膜を形成するプロセスです。

使用するエネルギー源の種類に応じて、スプレープロセスは次のように分類されます。

• ガス炎。酸素または圧縮空気と混合した可燃性ガス（アセチレン、プロパン、ブタン、水素、メタン、天然ガスなど）の燃焼中に熱を使用します。
• 電気アーク。電気アークでワイヤを溶かし、溶融金属に圧縮空気を吹き付けます。
• 爆発、爆発エネルギーを使用 混合ガス（酸素 + 可燃性ガス）。可燃性混合物の爆発と熱の放出の結果として形成される衝撃波によって粒子の移動と加熱が行われます。
• プラズマ。適用された粉末材料の溶融がプラズマ ジェット内で実行されます。
• 高速では、粉末が燃焼室に供給され、そこで酸素と可燃性ガス（灯油、水素、プロパン、メタン）を含む燃料が確実に燃焼し、その後粉末とガスが拡張ノズルを通過します。

まあ トッド スプレーする

溶射材料の種類

最適な膜厚

炎、アーク、爆轟、噴流の温度

炎の速度、アーク、 爆発、ジェット

粒子速度

下地に対する塗膜の密着力

コーティングの気孔率

プロセスパフォーマンス

材料利用率

レベル ノイズ

金属

セラミックス

kg/h

ガスの炎

粉、ワイヤー

3463 (C 2 H 2 + O 2)

電気アーク

ワイヤー

爆発

プラズマ

不活性環境で

粉、ワイヤー

0.58(2060kW)

アクティブな環境で

希薄な環境で

高速

スプレープロセスの目的は、指定された特性の保護コーティングを塗布することです。 最小の厚さ 0.05 mmからの寸法の修復と、摩耗した表面や欠陥のある表面の寸法の修復。 スプレープロセスの技術的および経済的指標は、次のとおりです。 テーブル 2.

スプレー技術の利点:

• プロセスの普遍性により、摩耗した部品の寸法を復元するだけでなく、さまざまな機能目的でコーティングを適用することができます。
• 溶射ベースへの熱影響が低い（加熱温度が100〜150℃を超えない）ため、望ましくない構造変化を排除し、製品の変形やサイズの変化を回避できます。
• ほぼあらゆる材料で作られた製品にコーティングを施す能力。
• スプレーされる製品のサイズに制限はありません。
• 局所的な表面にコーティングを施す可能性。
• 異種材料による多層コーティングを適用する可能性。
• モードパラメータを柔軟に調整できるため、プロセスの高い技術効率。
• 潤滑された滑り面での作業条件で使用するために、コーティングの調整された均一な気孔率を得る可能性。
• 気相または蒸気相、拡散飽和からの蒸着中に形成される柱状構造とは対照的に、溶射中に層状のコーティング構造が形成されるため、ベースの疲労強度にプラスの効果が得られます。
• 後続の機械加工のための許容値を最小限に抑えて均一なコーティングを適用します。
• 場合によっては、後続の機械加工を行わずにスプレー部品を使用する可能性。
• 部品を形成するためにスプレーを使用する可能性（スプレーは金型、つまりマンドレルの表面に実行され、プロセスが完了した後に除去されます。スプレーされた材料のシェルは残ります）。
• スプレープロセスの高い生産性。
• プロセス自動化の可能性。

スプレープロセスの欠点:

• 機械的負荷に影響を与える溶射コーティングの不安定性。
• 溶射皮膜の特性の異方性。
• 小さな部品にコーティングを施す際の溶射材料の使用係数が低い。
• スプレープロセスの前に活性化処理（例えば、研磨剤ブラスト）の使用を義務付けることにより、プロセスの期間と複雑さが増加します。
• 噴霧された材料のエアロゾルや副生成ガスが放出されるため、強力な排気換気装置を使用する必要があります。
• ノイズレベルの増加、および電気アークに関連する場合 - 紫外線放射。

蒸着技術

蒸着は、ミクロン厚（10ミクロン未満）の保護コーティングを塗布する方法で、真空中での高エネルギー粒子または大気中でのプラズマジェットによる処理条件下で、製品の表面に蒸気または気相成分を凝縮させることを特徴とします。プレッシャー。

この方法の特徴的な特性は、表面の準備と活性化の物理的プロセス（グロー放電による表面の加熱と予備洗浄、不活性ガスのイオンの衝突）の使用を通じて、ベースに対するコーティングの高い接着強度を確保することです。 。

コーティング形成のプロセスは、凝縮のプロセスにおけるイオン、高エネルギーイオンの堆積、およびプラズマ化学プロセスの関与による原子および分子による処理を通じて実行されます。

蒸着プロセスは次のように分かれています。

• プラズマ。これは大気圧でコーティングを塗布することを含み、アークまたは高周波プラズマトーチを通過した試薬のプラズマ化学反応の生成物です。
• 真空中で発生するイオンプラズマ：コーティングの生成に必要な材料は、高エネルギーイオンでターゲットをスパッタリングするか、反応ガスを加えてカソードを蒸発させることによって固体から気相に移動します。
• イオンプラズマに似たイオンビームで、電子ビーム銃が追加で使用されます。

蒸着プロセスの目的は、機械部品や機構、技術機器やツールの製造であり、さまざまな用途に薄膜コーティングを適用するための仕上げ方法を提供します。

大気圧で流れるプラズマジェットを使用してミクロン厚のコーティングを堆積するための 2 つの主なプロセス、つまり耐摩耗性コーティングの高周波プラズマ堆積と薄膜コーティングの電気アークプラズマ堆積 (プラズマ硬化の仕上げ) の比較特性を考えてみましょう。テクノロジー - FPU)。

薄膜コーティングの高周波プラズマ蒸着プロセスは、X12M および U10 タイプの工具鋼およびさまざまな切削工具で作られた冷間変形金型の要素を強化するために設計された「Plasma401」設備で実行されます。 耐摩耗性コーティングは、高周波誘導 (HFI) プラズマトロンを使用して大気圧で塗布されます。これにより、侵食性電極がないため、スペクトル的に純粋なプラズマの体積流量を得ることができます。 コーティング要素は、ガス放電プラズマによる石英ロッドのビームの加熱によって形成されます。 同時に、高周波プラズマトロンのチャンバー内に、エチルアルコールを介してバブリングされた反応ガスであるアルゴンが供給される。 高温ゾーンでは、反応物質のペアが元の成分に分解され、温度が低下すると、シリコン - 炭素化合物のプラズマ化学合成によって元素が復元され、プラズマ形成ガスによって運び去られて堆積します。スプレー部分に。

薄膜コーティングの電気アークプラズマ堆積技術（最終プラズマ硬化プロセス - FPU）の本質は、耐摩耗性コーティングの塗布であり、繰り返しプラズマ硬化プロセスを同時に実行できるかどうかにあります。表層（数マイクロメートルの深さまで） コーティングは、アーク プラズマ トーチを通過した試薬のプラズマ化学反応の生成物です。 硬化は、高濃度のプラズマ ジェットに局所的にさらされることで発生します。

FPUの目的は、耐摩耗性、耐摩擦性、耐食性、耐熱性、耐熱性、焼き付き防止、耐摩耗性などの特殊な表面特性を備えた工具、金型、金型、ナイフ、金型、ベアリング、その他の機械部品の製造です。フレッティング腐食。

FPU の効果は、表面層の物理的および機械的特性を変化させることによって達成されます。つまり、微小硬度の増加、摩擦係数の減少、圧縮応力の生成、微小欠陥の修復、表面に低熱で誘電性および耐熱性のフィルム コーティングを形成します。導電率、化学的不活性、および比表面トポグラフィー。

FPU の機器には、電流源、液体ディスペンサーを備えた機器ユニット、プラズマ トーチ、およびプラズマ化学発生器が含まれます。

FPU 技術プロセスは大気圧で実行され、予備洗浄操作 (既知の方法による) と、製品とプラズマ トーチの相互移動による処理表面の直接硬化で構成されます。 FPT中の部品の加熱温度は100～120℃を超えません。表面粗さパラメータはFPU後にも変化しません。 アルゴンはプラズマ形成ガスとして使用され、プラズマ化学反応とコーティング形成の出発物質は液体製剤 SETOL です。 その消費量は 0.5 g/h を超えません (年間 0.5 リットル以下)。

類似プロセスであるイオンプラズマスパッタリング、レーザーおよび電気スパーク硬化、エピラミネーション、クラスターコーティングの適用と比較して、FPU プロセスには次の利点があります。

• 耐摩耗性コーティングと表面近くの薄い層の構造変化の二重効果による硬化の高い再現性と安定性。
• 硬化プロセスを空気中、周囲温度で実行すると、真空や他のチャンバーやバスを使用する必要がありません。
• 部品の寸法公差内に収まる薄膜コーティング (厚さ 3 マイクロメートル以下) を塗布するため、硬化プロセスは最終仕上げ操作として使用されます。
• 硬化プロセス後に表面粗さパラメータに変化はありません。
• 加工中の最小限の加熱（100～120℃以下）で部品の変形を引き起こさず、また低い焼き戻し温度で工具鋼を強化することも可能です。
• 残りの部分の材料の元の特性を維持しながら、摩耗箇所の部品の局所的（深さおよび領域の）体積を強化する可能性。
• 薄膜コーティングは微小硬度においてダイヤモンド状コーティングに最も近いものです。
• 周期的荷重下で PT 加工後に表面に形成される圧縮残留応力により、製品の疲労強度が向上します (比較: 研削操作後は引張応力が発生し、疲労強度の低下につながります)。
• ベースに対するコーティングの高い接着強度により、最大の耐摩耗性が保証されます（工具が加工中の材料と相互作用する場合を含む）。
• 低い摩擦係数は、スタンピングおよびプレス中の切断または固着時の蓄積プロセスを抑制するのに役立ちます。
• 特定の表面の微細凹凸の形成は、工具や機械部品の操作中に切削液を効果的に充填するのに役立ちます。
• 表面に形成された薄膜アモルファス（ガラス質）コーティングが製品を暴露から保護します。 高温(800℃の温度で100時間の高温空気腐食試験)。
• 高い硬化生産性（たとえば、中型の抜き型のエッジの加工時間は数分かかる場合があります）。
• 硬化前の洗浄と脱脂作業が簡単（特別な事前準備が不要）。
• 手動または自動モードであらゆるサイズの部品の表面を硬化する機能。
• 消耗品の消費量を最小限に抑え、消耗品のコストを削減します。
• 硬化設備の低消費電力 - 6 kW未満。
• 機器が占める面積は小さい – 13 m2;
• 硬化用の小型プラズマトロン（重量約1kg）はマニピュレータやロボットハンドに簡単に装着でき、手作業での加工も可能です。
• 機器の可搬性と操作性（重量約100kg）。
• 硬化中に廃棄物がないため、環境に優しいプロセス。
• 特別な保護手段を必要としない最小限の騒音レベル。
• 界面活性剤を使用した硬化方法とは異なり、この技術は施設に特別な要件を必要とせず、有毒物質との接触がなく、処理された部品を溶液に浸して乾燥させる時間も必要ありません。
• FPU 法を使用した表面処理によって輪郭のある凹部を形成し、23 ミクロンの作動ギャップを作成する可能性 (たとえば、ガス動圧ベアリングの場合)。
• 摩擦中の選択的転写とは対照的に、FPU では、摩擦接触ゾーンに薄い非酸化性アモルファス膜が強制的に形成されます。 低抵抗せん断に耐え、変形中に転位（欠陥）を蓄積することができません。

トポリャンスキー PA、
トポリャンスキー A.P.

NPF「プラズマセンター」
(サンクトペテルブルク)