Совершенствование технологии высокоскоростного газопламенного напыления износостойких покрытий со структурой метастабильного аустенита

• Автор: Вопнерук, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.02.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Анализ литературных данных

1.1. Классификация и характеристика видов изнашивания

1.2. Методы защиты от абразивного износа

1.3. Технологии нанесения износостойких покрытий

1.4. Особенности высокоскоростного газопламенного (НУОГ) напыления

1.4.1. Формирование потока напыляемых частиц

1.4.2. Формирование покрытия

1.4.3. Окисление частиц в системе распылитель-поток-основа

1.5. Оборудование для высокоскоростного газопламенного напыления

1.6. Модели описания процессов движения и нагрева частиц при газотермическом напылении
1.7. Предварительная подготовка поверхности методом электроискрового легирования (ЭИЛ)
1.8. Выводы и постановка задач исследований
Глава 2. Оборудование, материалы и методики исследования
2.1. Исследуемые покрытия
2.2. Методики исследования
2.3. Оборудование для нанесения исследуемых покрытий
2.4. Оптимизация параметров процесса напыления методом планирования эксперимента
2.5. Расчетная оценка температуры и скорости частиц при высокоскоростном газопламенном напылении
2.5.1. Ограничения и допущения, использованные при расчетах
2.5.2. Уравнения температуры и скорости газа
2.5.2. Уравнения движения и нагрева частиц
2.5.3. Начальные условия
2.5.4. Анализ результатов расчета
2.6. Выводы по главе

Глава 3. Результаты исследования
3.1. Анализ компонентов шихты порошковых проволок
3.2. Химический анализ покрытий
3.3. Металлографические исследования покрытий
3.4. Анализ фазового состава покрытий
3.5. Определение пористости покрытий
3.6. Дюрометрические и микродюрометрические исследования покрытий
3.7. Определение адгезионной прочности покрытий
3.8. Определение когезионной прочности покрытий
3.9. Испытания покрытий на износостойкость при трении о закрепленные частицы абразива
3.10. Испытания покрытий на износостойкость при трении о нежестко закрепленные абразивные частицы
3.11. Испытания покрытий на износостойкость при газоабразивном изнашивании
3.12. Предварительная подготовка поверхности под газотермическое напыление методом ЭИЛ быстрорежущей сталью
3.13. Обсуждение и анализ результатов исследований
Глава 4. Практическое применение исследуемых покрытий
4.1. Разработка технологии упрочнения лопаток роторов нагнетателей
4.1.1. Исследование причин повышенного износа лопаток роторов нагнетателей в агломерационном производстве
4.1.2. Промышленные испытания покрытия в условиях ОАО «КГОК - «Ванадий»
4.1.3. Технология упрочнения лопаток роторов нагнетателей
4.2. Восстановление и упрочнение деталей, работающих в условиях трения скольжения
4.3. Выводы по главе
Общие выводы по работе
Библиографический список
Приложения

Введение
Актуальность работы.
Из всех видов изнашивания для машиностроения наиболее важно абразивное, поскольку оно является одним из главных факторов, ограничивающим сроки службы деталей машин различного назначения, в том числе сельскохозяйственных, дорожно-строительных, горных, транспортных машин и транспортирующих устройств, бурильного оборудования нефтяной и газовой промышленности, а также иных машин и механизмов. Как следствие, изучение абразивного изнашивания и мер борьбы с ним было и остается в высшей степени актуальной задачей.
В большинстве случаев выход из строя деталей машин обусловлен локальным изнашиванием рабочих поверхностей в местах интенсивного взаимодействия с рабочей средой или сопряженной деталью. Экономически и технически обоснованным является конструирование композиционной детали, сочетающей прочную, износостойкую, твердую поверхность нанесенного покрытия с пластичной, вязкой, трещиностойкой основой.
Одним из эффективных способов нанесения покрытий, получивших в настоящее время широкое применение, является газотермическое напыление. В частности, применение метода высокоскоростного газопламенного напыления позволяет получать на изделиях разнообразных форм и размеров сравнительно толстые покрытия с необходимыми эксплуатационными свойствами.
Установки высокоскоростного газопламенного напыления в последнее время довольно широко представлены на рынке. Однако большинство из них предусматривают использование в качестве материала для нанесения покрытия только порошки. Причем, в случае износостойких покрытий, порошки твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Применение дорогостоящих порошков значительно увеличивает и без того высокую себестоимость нанесения покрытия. Применение на порядок более дешевых

частиц материала, что, в свою очередь, негативно сказывается на качестве формируемого покрытия. Это особенно актуально для распылителей с большой камерой сгорания и длинным сопловым блоком.
Практически все распылители установок для высокоскоростного газопламенного напыления оснащены системой водяного охлаждения. Это необходимо чтобы избежать расплавления элементов сопла и камеры сгорания. Потери на теплообмен напрямую зависят от конструкции распылителя и определяются площадью поверхности сопла и камеры сгорания.
Существуют установки, сочетающие в себе как водяную, так и воздушную системы охлаждения. Это распылители установок Sulzer Metco «DJ-Hybrid» и OSY «CJS». В комбинированной системе охлаждения холодный газ течет вдоль поверхности сопла и- камеры сгорания, создавая, своего рода, пограничный слой, уменьшающий потери энергии на теплоотдачу водяной системе охлаждения. Это позволяет снизить потери при теплообмене с системой охлаждения до 10%. (табл. 1.1.), тем самым, сохранив высокую температуру напыляемых частиц
В сопловом блоке распылителя скорость газа может оставаться постоянной, либо возрастать, в случае использования профилированного сопла Лаваля. Скорость истечения газа в этом случае достигает 1800...2100 м/с.
Повышенное давление газовой смеси в камере сгорания преобразуется в сопле в кинетическую энергию. Но, увеличение давления в камере сгорания не повышает скорость газа на выходе из сопла, а приводит к увеличению его плотности. Влияние вида топлива на скорость газа недостаточно изучено, однако известно, что смесь водорода и кислорода позволяет получить наибольшую скорость газа
Обобщая взаимодействие ускоренного газового потока и напыляемых частиц можно выделить два ключевых аспекта: во-первых, разгон частиц до высоких скоростей снижает время пребывание частицы в