člen skupiny ÚJV
.
Žárové nástřiky
:: O oddělení, certifikáty :: Nabídka služeb :: Výzkum a vývoj :: Průmyslové aplikace :: Technologie :: Kontakty
Technologie žárových nástřiků
Technologie HP/HVOF, Technologie nástřiku elektrickým obloukem, Technologie nástřiku plamenem, Ekonomické přínosy
Princip žárových nástřiků
Žárový nástřik je částicový proces vytváření povlaků o tloušťce obvykle od 10-6m do několika mm, kdy je nanášený materiál ve formě prášku (případně drátu) přiváděn do zařízení, kde dojde k jeho natavení a urychlení směrem k povlakované součásti. Po dopadu na substrát dojde k výraznému plošnému rozprostření částice a k jejímu rychlému utuhnutí. Tím se vytváří povlak s charakteristickou lamelární strukturou a specifickými vlastnostmi. Technologický proces zaručuje teploty povlakované součásti hluboko pod teplotou fázově-strukturních přeměn (cca 80 - 120 °C), což brání nežádoucím deformacím součásti.
Vlastnosti žárově stříkaných povlaků jsou tedy závislé na chemickém složení materiálu, na typu technologie stříkání, na volbě parametrů nástřiku a s tím související strukturou povlaku.
Supersonický nástřik HP/HVOF (High Presure High Velocity Oxy-Fuel) špičková technologie nanášení vysoce kvalitních povlaků
Tato metoda je založena na speciálním designu hořáku, kde dochází k hoření směsi kyslík-palivo (kerosin, propylen, propan, acetylen, vodík) a spaliny jsou dále urychleny v konvergentně-divergentní trysce na supersonické hodnoty (až Mach 3). Materiál ve formě prášku je za pomoci nosného plynu přiváděn do supersonického plamene, kde dojde k jeho natavení a výraznému urychlení (až 1000m/s) směrem k povlakované součásti. Vysoká rychlost částic prášku při dopadu způsobí dokonalé rozprostření a zakotvení částic k substrátu, z čehož se odvíjí vysoká hustota a přilnavost HVOF stříkaných povlaků. Například HVOF stříkané WC-Co povlaky mají stejnou tvrdost a otěruvzdornost jako stejný materiál připravený konvenčními metodami (přášková metalurgie,..).
Relativně nízká teplota plamene omezuje tuto technologii pro nástřik keramických povlaků, kdy nedojde k dostatečnému natavení prášku a tím pádem ani k rozprostření po dopadu na substrát. Nízká teplota na druhou stranu zabraňuje oxidaci, fázovým přeměnám a vyhořívání některých prvků nanášeného materiálu v průběhu nástřiku. Unikátní vlastností této technologie je, že při vhodné volbě depozičních parametrů poskytuje povlaky v tlakovém pnutí, což umožňuje vytvářet povlaky velkých tlouštěk (až několik mm) a zároveň je to výhodné z hlediska únavových vlastností povlakovaných součástí.
Vlastnosti HP/HVOF nástřiků:
- vynikající zakotvení do základního materiálu (60-100MPa)
- vysoká soudržnost a strukturní stabilita
- vysoká tvrdost (až HRC 55-68) a mikrotvrdost (až HV0,1 1700-1800)
- pórovitost povlaků obvykle < 1%
- pevnost se blíží hodnotám pevnosti materiálů připravovaných technologiemi práškové či klasické metalurgie
- tloušťky povlaků na bázi kovů, ocelí, superslitin a cermetů mohou být 0,1-několik mm
- lze vytvářet povlaky v tlakovém pnutí
Uvedené vlastnosti mají přímou souvislost s vysokou odolností těchto materiálů v nejnáročnějších podmínkách jak z hlediska opotřebení mechanického tak i korozního. Vytváření povlaků s tlakovým pnutím je v této oblasti zcela unikátní, protože nejenže umožňuje vytvářet povlaky větších tloušťek, ale je příznivé i s ohledem na únavové vlastnosti povlakovaných součástí.
Nástřik elektrickým obloukem špičková technologie pro opravárenství
Tato metoda používá přídavný materiál ve formě dvou drátů, mezi jejichž konci hoří elektrický oblouk. Takto vzniklá tavenina je rozprašována stlačeným plynem, obvykle vzduchem. Tím se vytvoří proud roztavených kapiček nanášeného materiálu dopadajících na povrch povlakované součásti. Jednoduchost, nízké provozní náklady, mobilita (pro provoz je potřeba pouze stlačený vzduch a elektrická energie), vysoký výkon (až 80 kg materiálu za hodinu) a široké spektrum materiálů dostupných ve formě drátu jsou hlavní přednosti tohoto druhu žárového nástřiku. Narozdíl od ostatních druhů žárových nástřiků je teplotní ovlivnění povlakované součásti způsobené pouze teplem přinášeným na povrch roztavenými kapičkami kovu.
Vlastnosti povlaků stříkaných elektrickým obloukem:
- povlaky na bázi čistých kovů, slitin a cermetů lze nanášet do velkých tloušťek (cca 0,5-4mm)
- velmi dobrá obrobitelnost na požadovanou Ra
- vysoká plasticita
- vysoká přilnavost
- vysoká tvrdost
- vysoká strukturní stabilita
- vynikající mechanické vlastnosti
Vysoká strukturní stabilita a vynikající mechanické vlastnosti umožňují spolehlivou funkci povlakovaných dílů v náročných podmínkách mechanického opotřebení (eroze, abraze, otěr), oxidace, koroze apod.
Nástřik plamenem ekonomická alternativa pro méně náročné aplikace
Jedná se o nejstarší způsob žárového nástřiku. Tato metoda používá stlačený vzduch nebo kyslík společně s palivem (acetylen, propylen, propan, vodík). Nanášený materiál ve formě prášku nebo drátu je přiváděn do plamene, vzniklého hořením této směsi, kde dojde k jeho natavení a urychlení směrem k povlakované součásti. Obecně tento proces vytváří povlaky o nižší kvalitě, které nejsou využívány pro aplikace, u kterých je potřeba povlak s vysokou hustotou a přilnavostí. Hlavním důvodem těchto nedostatků je nízká dopadová rychlost částic a nízká teplota plamene. Na druhou stranu nízké pořizovací i provozní náklady favorizují tuto metodu pro méně náročné aplikace.
Vlastnosti povlaků stříkaných plamenem:
- přilnavost cca 15-30MPa
- pórovitost cca 10-20%
- tloušťka cca 0,1-2,5mm
Plamenem je možné stříkat povlaky na bázi kovů, slitin, cermetů a keramik. Vzhledem k nízké rychlosti a teplotě částic nedosahují vlastnosti povlaků ve srovnání s ostatními technologiemi tak vysokých kvalit.
Ekonomie, cena technologie
Podstatné zvýšení životnosti, spolehlivosti a funkčnosti žárově stříkaných součástí ve srovnání s jinými technologiemi povrchových úprav přináší značné úspory i přes relativně vyšší náklady na prvovýrobu. Vysoce ekonomicky výhodná je možnost náhrady legovaných materiálů v celém objemu funkčním povlakem tloušťky 0,1-několik mm, resp. doplnění stejného materiálu pouze na povrch. Cena renovace se pohybuje cca v intervalu 5-60% ceny nového kusu v závislosti na druhu renovované součásti. Cenové kalkulace jsou zpracovávány přímo na konkrétní součást.
Technické přínosy:
- úspěšná náhrada klasických technologií povrchových úprav HVOF stříkanými povlaky vede ke zlepšení funkčních a užitných vlastností povlakovaných součástí a tím prodloužení jejich životnosti
- vývoj nových aplikací zajistí prodloužení životnosti a spolehlivosti součástí, u kterých doposud nebyla povrchová úprava aplikována
Ekonomické přínosy:
- významné finanční úspory při aplikaci HVOF v porovnání s klasickými technologiemi povrchových úprav, jako jsou nitridace, chromování, atd.
- výrazné úspory lze dále spatřovat v souvislosti s předpokládaným nárůstem nákladů v oblasti klasických technologií povrchových úprav z důvodu zamýšleného zpřísnění ekologických požadavků na tyto technologie
- prodloužení životnosti povlakovaných součástí povede k výraznému snížení nákladů na jejich renovace a výměny
- zvýšení konkurenceschopnosti v používání perspektivních technologií povrchových úprav v porovnání se zeměmi EU
Ekologické přínosy:
- náhrada většinou neekologických klasických metod povrchových úprav (tvrdé chromování) výrazně šetrnějšími metodami žárových nástřiků, především metodou HVOF
Ing. Michaela Kašparová, kasparova@vzuplzen.cz
Tel.: +420 379 852 229, Mobil: +420 737 237 986, Fax: +420 378 134 291