способ электродуговой металлизации
Классы МПК: | C23C4/12 характеризуемые способом распыления |
Автор(ы): | Коробов Ю.С. (RU), Бороненков В.Н. (RU), Луканин В.Л. (RU), Прядко Александр Сергеевич (BY) |
Патентообладатель(и): | Государственное объединение "Уральский завод транспортного машиностроения" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1999-01-05 публикация патента:
27.09.2001 |
Изобретение относится к области нанесения защитных металлических покрытий, в частности к способам электродуговой металлизации и может найти применение в различных отраслях машиностроения. В процессе металлизации распыление жидкого металла осуществляют транспортирующим газом, один из которых подают в зону горения дуги, а другой газ в виде смеси с восстановительными свойствами - в область, прилегающую к зоне горения дуги. В зону горения дуги подают газ - смесь углеводородов. Применение данного способа позволяет повысить качество металлических покрытий за счет эффективной защиты напыляемых частиц от окисления.
Формула изобретения
Способ электродуговой металлизации, включающий подачу и расплавление электродов и распыление полученного расплавленного металла транспортирующими газами, один из которых подают в зону горения дуги, а другой газ в виде смеси с восстановительными свойствами - в область, прилегающую к зоне горения дуги, отличающийся тем, что в зону горения дуги подают газ - смесь углеводородов.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области нанесения защитных металлических покрытий, в частности, к способам электродуговой металлизации. Известен способ электродуговой металлизации, в котором в качестве транспортирующего газа используются продукты сгорания углеводородных топлив, обладающие восстановительными свойствами [1]. Недостатком данного способа является недостаточная эффективность использования восстановительного газа для защиты расплавленных частиц металла от окисления. Зона плавления проволок занимает лишь часть сечения струи, истекающей из сопла. Соответственно в нее попадает лишь часть транспортирующего газа, а на последующем участке начинается интенсивное подмешивание в струю окружающего воздуха. Так, для характерного сопла диаметром 5.2 мм непосредственно в зону плавления проволок диаметром 2 мм попадает 10 - 15% объема транспортирующего газа. При этом согласно расчету доля начального состава газа на дистанции 9 мм, ось струи составляет 60% от объема; при удалении от оси на 0.6 радиуса струи она резко уменьшается до 0.1%. Таким образом, восстановительные свойства струи снижаются уже на участке образования частиц - наиболее неблагоприятном с точки зрения их окисления. Кроме того, восстановительная способность данной атмосферы понижена. Продукты сгорания представляют собой компоненты, полученные в результате реакции взаимодействия углеводородов CmHn с кислородом:CmHn + 0.5
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
К ним добавлены непрореагировавшие вследствие недостатка кислорода углеводороды. То есть в зону горения дуги подается смесь
(m
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
В ней составляющая (m
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
![способ электродуговой металлизации, патент № 2174158](/images/patents/297/2174002/8226.gif)
1. Площадь поверхности на единицу веса у частицы неправильной формы больше, чем у сферической. 2. При сжимании капли в шар идет постоянный процесс разрыва оксидной пленки. Взаимодействие вновь образуемой чистой поверхности металла с кислородом усиливает процесс окисления. 3. Скорость частицы после срыва с торца электрода нарастает, хотя и быстро, но не скачкообразно. По расчетам, на участке длиной в 5 мм от торца электродов скорость частиц примерно в 3 раза ниже, чем на остальной дистанции напыления (характерная дистанция - порядка 100 мм). Это означает, что время пребывания частиц на единицу пути в этой зоне в 3 раза больше, чем на остальной части дистанции. Соответственно увеличивается время и полнота протекания химических реакций. 4. Частицы в зоне горения дуги перегреты на 200 - 300 градусов выше температуры плавления, что интенсифицирует протекающие химические реакции. Подача в зону горения дуги только газов - смеси углеводородов качественно меняет картину окисления капель расплавленного металла на торце электрода, в зоне горения дуги. В этой области, где температура газа составляет 10000-15000 К, последний ионизируется. При контакте с металлом образующихся капель, первоначально нагретых до температуры кипения, порядка 3000 К, газ обратно переходит в молекулярное состояние, однако эти молекулы обладают повышенной энергией активации. По этой причине примерно на порядок повышается растворимость газов в жидком металле [5]. В предлагаемом техническом решении учтены эти особенности двухфазного потока при электродуговой металлизации. Непосредственно в зону горения дуги подаются отдельно от остального транспортирующего газа только углеводороды. Это сохраняет концентрацию восстановителей, а значит снижает окислительную способность газа на участке, где частицы расплавленного металла наиболее склонны к окислению из-за развитой поверхности, постоянного разрыва оксидной пленки, длительного пребывания и перегрева. Отметим, что под термином "остальные составляющие газовой смеси" могут подразумеваться, в частности, смеси углеводороды - воздух, углеводороды - кислород. Все это газы иного химического состава, чем смесь одних углеводородов. Пример конкретного выполнения. Были проведены сравнительные испытания покрытий, напыленных по способам аналогу, прототипу и по предложенному. Режимы нанесения покрытий: ток - 200 A, напряжение - 30 B, дистанция напыления - 100 мм, коэффициент избытка окислителя транспортирующей струи - 0.8. В предложенном способе в зону горения дуги вдували только пропан технический, ГОСТ 20448. По этому ГОСТу, в частности, пропан технический представляет собой смесь углеводородов и имеет следующий компонентный состав: этан-этилен - не более 4%, пропан-пропилен - не менее 93%, бутан-бутилен - не более 3%. Расход пропана технического составлял 0.2 кг/ч при его общем неизменном расходе во всех способах. Качество покрытий оценивали по содержанию кислорода в покрытии, измеренном методом восстановительного плавления в потоке инертного газа и в вакууме на приборах RO-116 и EAN-220. Содержание кислорода в покрытии уменьшилось с 2.9% в способе-аналоге, 2.85% - в способе-прототипе до 2.1% в предлагаемом техническом решении. Данные опытов показывают, что принудительная подача кислородсодержащей смеси, хотя бы и с коэффициентом избытка восстановителя большим единицы, в зону горения дуги значительно повышает конечную степень окисления покрытия в сравнении с предлагаемым способом при прочих равных условиях, таких как расход газа из центрального сопла, суммарный расход газов-восстановителей в смеси. Применение предлагаемого способа позволяет повысить качество металлизационных покрытий за счет эффективной защиты напыляемых частиц от окисления. Источники информации
1. Бурякин А.В. и Кузьмин А.В. Электродуговая металлизация с распылением металла продуктами сгорания углеводородных топлив. Сварочное производство, N 3, 1993, с. 7-9. 2. Патент DE 3533966 C1, подан 24.09.85. 3. Вахалин В.А., Масленников С.Б., Кудинов В.В. и др. Процесс плавления и распыления материала электродов при электродуговой металлизации. ФХОМ, 1981, N 3, с. 58-63. 4. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики и пластмасс. - М.: Машиностроение, 1966, 432 с. 5. Лакомский В.И. Плазменно-дуговой переплав. Киев: Техника, 1974, 336 с.
Класс C23C4/12 характеризуемые способом распыления