Применение газотермических покрытий в металлургии


А. Г. Радюк, А. Е. Титлянов, С. Д. Сайфуллаев














            ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ В МЕТАЛЛУРГИИ


Монография



















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021

УДК 669...8
ББК 34.3
    Р15


Рецензенты:
доктор технических наук, заведующий лабораторией физикохимии и технологии покрытий, главный научный сотрудник Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН Калита Василий Иванович;
кандидат технических наук, доцент Бурякин Алексей Владимирович (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина)






      Радюк, А. Г.
Р15 Применение газотермических покрытий в металлургии : монография / А. Г. Радюк, А. Е. Титлянов, С. Д. Сайфуллаев. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2021. - 236 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0640-6

      Представлен опыт авторов по применению газотермических покрытий в условиях ведущих металлургических комбинатов страны. Рассмотрено применение газотермических покрытий для повышения стойкости кристаллизаторов и качества разливаемого металла. Приведен метод электродуговой металлизации для снижения потерь металла при горячей прокатке и повышения качества листов. Изложен процесс получения поверхностных слоев с улучшенными свойствами на деталях металлургического оборудования с использованием газотермических покрытий.
      Для инженерно-технического персонала металлургических предприятий. Может быть полезно студентам металлургических специальностей.

УДК 669...8
ББК 34.3







ISBN 978-5-9729-0640-6

     © Радюк А. Г., Титлянов А. Е., Сайфуллаев С. Д., 2021
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021

        ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ.......................................................9

1. ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ..................................11
   1.1. Электродуговая металлизация и газопламенное напыление.11
   1.2. Газопламенное напыление гибкими шнуровыми материалами.15

2. ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДИСКОВ ВАЛКОВОГО
ГРОХОТА ДЛЯ СОРТИРОВКИ КОКСА НАНЕСЕНИЕМ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ......................................19
   2.1. Технологический процесс сортировки кокса....................19
     2.1.1. Необходимость увеличения срока службы дисков и улучшения качества сортировки кокса....................19
     2.1.2. Причины изнашивания дисков........................20
   2.2. Исследование закономерностей изнашивания серийных дисков из стали 65Г...............................................23
     2.2.1. Работа 14-валковых грохотов в КХП ПАО «Северсталь»......23
     2.2.2. Закономерности изнашивания серийных дисков из стали 65Г.27
   2.3. Промышленный эксперимент по испытанию дисков с различными покрытиями....................................30
     2.3.1. Режимы обработки поверхности дисков различными способами................................................30
     2.3.2. Испытание дисков повышенной износостойкости на грохотах «Гризли» в КХП ПАО «Северсталь»..............30
   2.4. Установление закономерностей изнашивания дисков с покрытием.37
     2.4.1. Изменение интенсивности износа дисков по радиусу и толщине во времени..........................37
     2.4.2. Расчет относительной износостойкости поверхности дисков.39
     2.4.3. Эксплуатация дисков с напылением материала, содержащего карбид вольфрама...................................40
     2.4.4. Инженерные формулы прогнозирования износа дисков и изменения размеров сортировочной ячейки......................43
   2.5. Технология создания износостойкого покрытия
   на поверхности дисков валкового грохота с использованием материала (Ni-Cr-B-Si-C) + 40 % WC........47
   2.6. Выводы по главе.......................................48


3

3. НАПЫЛЕНИЕ АЛЮМИНИЕВОГО ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА ВОЗДУШНЫЕ ФУРМЫ ДОМЕННЫХ ПЕЧЕЙ..........................50
   3.1. Изучение структуры и элементного состава медно-алюминиевого диффузионного слоя............................51
   3.2. Исследование свойств медно-алюминиевого диффузионного слоя..52
   3.3. Создание защитного слоя на воздушных фурмах с использованием алюминиевого покрытия для ДП-5 ПАО «Северсталь»..................55
      3.3.1. Напыление покрытия методом электродуговой металлизации на опытную партию фурм........................................55
      3.3.2. Исследование влияния покрытия на стойкость воздушных фурм................................................58
      3.3.3. Исследование тепловых потерь через поверхность воздушных фурм................................................60
      3.3.4. Нанесение алюминиевого покрытия на наружную поверхность и со стороны дутьевого канала.................................62
   3.4. Повышение стойкости и снижение тепловых потерь на воздушных фурмах ДП-4 ПАО «Северсталь»........................65
   3.5. Выводы по главе........................................65

4. НАПЫЛЕНИЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ НА ВОЗДУШНЫЕ ФУРМЫ...............................................................66
   4.1. Исследование влияния оксида алюминия на состав и свойства медно-алюминиевого диффузионного слоя.................66
      4.1.1. Улучшение свойств медно-алюминиевого диффузионного слоя путем добавления к алюминию оксидов алюминия..................66
      4.1.2. Исследование влияния покрытия на стойкость воздушных фурм................................................67
      4.1.3. Рентгеноструктурный фазовый анализ поверхностного слоя.68
      4.1.4. Толщина диффузионного слоя........................69
      4.1.5. Теплопроводность и тепловое сопротивление.........69
      4.1.6. Износостойкость...................................70
      4.1.7. Жаростойкость.....................................71
   4.2. Создание диффузионных слоев на меди в защитной среде...72
      4.2.1. Микроструктура....................................72
      4.2.2. Микрозондовое исследование........................74
      4.2.3. Микротвердость....................................76
   4.3. Создание защитного слоя на воздушных фурмах и их испытание на ДП-6 ПАО «НЛМК»...............................................77
   4.4. Техническое решение по нанесению оксида алюминия на фурмы...79
   4.5. Выводы по главе........................................80

4

5. НАПЫЛЕНИЕ НИКЕЛЕСОДЕРЖАЩИХ ПОКРЫТИЙ
НА ВОЗДУШНЫЕ ФУРМЫ............................................81
   5.1. Исследование диффузионных процессов в системе «Си основа    газотермическое покрытие, содержащее Al, Ni, Cr»...........81
     5.1.1. Методика проведения исследований..................81
     5.1.2. Исследование структуры поверхности меди с газотермическими покрытиями.................................82
     5.1.3. Влияние алюминия на диффузию никеля и хрома в медь при нанесении и термообработке газотермических покрытий.......83
     5.1.4. Оценка адгезии поверхностного слоя на меди........85
   5.2. Металлографические исследования поверхностного слоя
   на меди после напыления никельсодержащих покрытий на Cu-Al диффузионный слой.................................86
   5.3. Оценка влияния АД1/НП2 покрытий на время проплавления деталей из меди при попадании на них жидкого чугуна........88
   5.4. Эксплуатация фурм с никельсодержащими покрытиями в доменном цехе ПАО «Северсталь»................................89
   5.5. Эксплуатация фурм с никельсодержащими покрытиями в доменном цехе ПАО «НЛМК»......................................91
   5.6. Выводы по главе.......................................92

6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ УЗКИХ СТЕНОК ТОЛСТОСТЕННЫХ
СЛЯБОВЫХ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ МЕТОДОМ
ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ В ПАО «СЕВЕРСТАЛЬ»............................................93
   6.1. Анализ состояния проблемы и выбор направления исследований.93
     6.1.1. Методика проведения исследований.......................93
     6.1.2. Методы повышения эксплуатационной стойкости кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок из стали..96
   6.2. Применение газотермических покрытий для уменьшения зазоров между стенками толстостенных кристаллизаторов...................97
     6.2.1. Анализ причин появления зазоров между стенками кристаллизатора и способов их уменьшения......................97
     6.2.2. Технология уменьшения зазоров между стенками кристаллизатора...............................................98
   6.3. Ремонт рабочих поверхностей толстостенных кристаллизаторов путем
   нанесения покрытий методом электродуговой металлизации..........104
     6.3.1. Анализ влияния технологических факторов
     на образование износа рабочей поверхности и способов его уменьшения...............................104

5

      6.3.2. Уменьшение износа рабочей поверхности узких стенок кристаллизатора в ПАО «Северсталь»............................111
   6.4. Выводы по главе.............................................113

7. ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ И КАЧЕСТВА РАЗЛИВАЕМОГО МЕТАЛЛА В ПАО «НЛМК»....................115
   7.1. Требования к подготовке поверхности и напыляемым материалам.115
      7.1.1. Совершенствование процесса подготовки поверхности под нанесение покрытия....................................115
      7.1.2. Способы повышения износостойкости кристаллизаторов.118
   7.2. Влияние технологических параметров разливки и сортамента на износ узких стенок кристаллизатора........................119
   7.3. Ремонт рабочей поверхности широких стенок кристаллизаторов..125
      7.3.1. Особенности восстановления рабочей поверхности широких стенок кристаллизаторов...........................125
      7.3.2. Анализ износа рабочей поверхности широких стенок кристаллизатора...............................................125
      7.3.3. Влияние толщины базовой стенки и ширины сляба на стойкость кристаллизатора в условиях ПАО «НЛМК»............127
   7.4. Разработка технологии восстановления рабочей поверхности стенок кристаллизаторов..........................................129
      7.4.1. Эксперименты по нанесению покрытий на нижнюю часть рабочей поверхности стенок....................................129
      7.4.2. Технология восстановления рабочей поверхности стенок без разборки кристаллизатора..................................132
      7.4.3. Влияние покрытия на расход материала стенок при эксплуатации и ремонте кристаллизаторов...................133
   7.5. Повышение качества поверхности непрерывнолитых слябов путем нанесения покрытия на рабочую поверхность узких стенок
   кристаллизатора..................................................134
      7.5.1. Факторы, влияющие на развитие дефектов слитка..........134
      7.5.2. Расчет по математической модели тепловой работы кристаллизатора температурных полей в слябе
      с учетом нанесения покрытия на рабочую поверхность стенок.....136
      7.5.3. Оценка качества разливаемого металла через кристаллизатор с покрытием рабочей поверхности узких стенок..............138
   7.6. Применение электродуговой металлизации для нанесения покрытий на рабочую поверхность узких стенок кристаллизаторов....140
      7.6.1. Создание диффузионного слоя на узких стенках кристаллизаторов с использованием алюминиевого покрытия.......140

6

      7.6.2. Создание износостойкого слоя на узких стенках кристаллизаторов с использованием алюминиевого
      и хромоникелевого покрытий.................................144
   7.7. Выводы по главе..........................................150

8. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ МЕТАЛЛА ПРИ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКЕ И ПОВЫШЕНИЯ
КАЧЕСТВА ЛИСТОВ..................................................152
   8.1. Защита поверхности стали при нагреве под прокатку........153
      8.1.1. Влияние легирующих элементов в стали на окалинообразование......................................153
      8.1.2. Влияние легирующих элементов в стали
      на трещинообразование......................................156
      8.1.3. Обоснование выбранного направления создания защитного покрытия на слябах.........................................157
   8.2. Нанесение алюминиевого газотермического покрытия на широкие грани слябов.......................................159
   8.3. Нанесение алюминиевого газотермического покрытия на кромки граней слябов.......................................172
   8.4. Методика расчета толщины алюминиевого газотермического покрытия на поверхности низколегированной стали...............180
   8.5. Выводы по главе..........................................186

9. ПОЛУЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ С УЛУЧШЕННЫМИ СВОЙСТВАМИ НА ДЕТАЛЯХ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ.........................................187
   9.1. Напыление газотермических покрытий на конвертерные фурмы.187
      9.1.1. Повышение стойкости наконечников конвертерных фурм с помощью электродуговой металлизации......................187
      9.1.2. Напыление алюмосодержащих газопламенных покрытий
      на конвертерные фурмы......................................189
   9.2. Повышение эффективности работы оборудования
   для непрерывной разливки стали с использованием электродуговой металлизации...................................190
      9.2.1. Использование покрытий для снижения потерь аргона через стаканы-дозаторы.....................................190
      9.2.2. Повышение антифрикционных свойств плит шиберных
      затворов...................................................192
   9.3. Экранирование подката на рольгангах ШПС горячей прокатки.192


7

   9.4. Повышение качества поверхности печных роликов напылением никельалюминиевого газопламенного покрытия..........196
   9.5. Выводы по главе................................202

10. ПОЛУЧЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ
НА МЕТАЛЛОПРОДУКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ...................................203
   10.1. Применение алюминиевого покрытия для повышения жаростойкости стальных заготовок при нагреве
   под обработку давлением....................................203
   10.2. Использование композиционных покрытий для повышения эффективности нагрева заготовок из титановых сплавов
   под обработку давлением....................................207
   10.3. Получение электросварных труб с внутренним покрытием из листовой заготовки с покрытием..........................209
   10.4. Получение стальной проволоки с алюминиевым покрытием.211
   10.5. Выводы по главе......................................216

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................217
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................219


8

        ВВЕДЕНИЕ


    Одна из наиболее серьезных проблем технического прогресса состоит в необходимости обеспечения постоянного соответствия между свойствами новых материалов и условиями их работы. Основным элементом в системе «материал - рабочая среда», определяющим допустимые условия эксплуатации и ресурс всей системы, является поверхность материала.
    Наряду с традиционными способами модификации поверхности - обработкой давлением и термической обработкой широко используется нанесение покрытий. Традиционные способы позволяют повысить свойства поверхности металлов и сплавов на десятки процентов, а нанесение покрытий - в несколько раз.
    Для повышения эксплуатационных свойств деталей металлургического оборудования и качества получаемой металлопродукции перспективно нанесение покрытия газотермическим методом. Он позволяет наносить локальное покрытие толщиной в несколько миллиметров, а также различные по составу и свойствам металлические композиции — многослойные, смеси компонентов и т. д. Наиболее целесообразными видами газотермического напыления в условиях металлургического производства является электродуговая металлизация и газопламенное напыление, отличающиеся компактностью оборудования, сравнительно высокой производительностью и низкой стоимостью нанесения покрытия.
    Для повышения свойств газотермических покрытий (ГТП) использовали термообработку. При термообработке происходит спекание покрытия и образование диффузионного слоя, состоящего из элементов покрытия и основы. В качестве материалов основы использовали, главным образом, медь, хромоникелевую и низколегированную сталь, поскольку из них преимущественно изготавливают детали металлургического оборудования и получают металлопродукцию определенного сортамента. Выбор материала покрытия определялся требованиями, предъявляемыми к свойствам изделий.
    В книге представлен опыт авторов по применению газотермических покрытий в условиях ведущих металлургических заводов страны. Покрытия напыляли в коксохимическом, доменном, сталеплавильном и прокатном производстве, а также в агрегате непрерывного отжига полосового проката. С помощью покрытий упрочнению подвергали диски валкового грохота для сортировки кокса, повышали эффективность работы воздушных фурм доменных печей и стойкость конвертерных фурм, проводили ремонт кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок, а также защищали поверхность слябов при

9

нагреве под прокатку. Кроме того, снижали налипание неорганических веществ на поверхность печных роликов, приводящих к образованию дефектов на полосовом прокате из трансформаторной стали при его термообработке в защитной атмосфере агрегата непрерывного отжига.
    Книга предназначена для инженерно-технического персонала металлургических предприятий, а также студентов вузов металлургических специальностей.

10

                Глава 1





            ГАЗОТЕРМИЧЕСКОЕ НАПЫЛЕНИЕ


        1.1. Электродуговая металлизация и газопламенное напыление

    Наиболее перспективные способы повышения износостойкости и жаростойкости деталей, имеющие достаточно широкое промышленное применение -нанесение и обработка покрытий из композиционных материалов. Эти способы позволяют придать поверхностным слоям такие свойства, которые невозможно получать другими методами [1]. К таким способам относится, в частности, газотермическое напыление. Использование покрытий дает возможность объединить свойства двух и более материалов с получением композитов, обладающих характеристиками, которые не могут быть получены при использовании одного материала [2].
    Сегодня, благодаря совершенствованию оборудования и технологии, напыление доведено до достаточно высокого технического уровня. В качестве напыляемых можно использовать практически все материалы, существующие в твердом виде, которые в процессе напыления не испаряются и не изменяют значительно своих свойств [2-4].
    Технологический процесс нанесения покрытия на изделие способом газотермического напыления состоит из трех основных стадий:
    - подготовка поверхности обрабатываемого изделия;
    - нанесение покрытия;
    - обработка нанесенного покрытия.
    Подготовка поверхности является важной операцией, обеспечивающей прочность сцепления покрытия и основного металла. Основной задачей является очистка поверхности покрываемых изделий от жировых и других загрязнений, от оксидных пленок и придание ей определенной шероховатости.
    Удаление жировых загрязнений производят органическими растворителями или щелочными растворами [5]. Удаление окалины и оксидных пленок осуществляют дробеструйной или дробеметной обработкой, реже - травлением в растворах кислот или местным нагревом [6]. Если шероховатость поверхности изделия после дробеструйной обработки недостаточна для надежного соединения покрытия и основного металла (например, при нанесении толстых

11

(от 400 мкм) покрытий), то дополнительно применяют механическую обработку поверхности: обточку, фрезерование, иглофрезерование и т. п. [7].
    Среди распространенных способов напыления можно отметить электроду-говую металлизацию и газопламенное напыление. Принципиальная схема элек-тродугового металлизатора показана на рисунке 1.1.


Рис. 1.1 — Электродуговой металлизатор:
1 — механизм подачи проволоки; 2 — распыляемая проволока;
3 — направляющие; 4 — сопло; А — подача сжатого воздуха

    При электродуговой металлизации необходимо тщательно выдерживать требуемые технологические условия, определяющими из которых являются: расстояние между соплом металлизатора и обрабатываемой поверхностью, мощность и регулировка металлизатора, степень распыления материала, чистота сжатого воздуха, угол распыления, время между нанесением отдельных слоев, температура изделия и напыляемого слоя, перемещение металлизатора.
    При попадании металлических частиц на покрываемую поверхность происходит механическое сцепление, при этом толщина образующегося слоя регулируется числом проходов аппарата и скоростью его перемещения относительно металлизируемой поверхности.
    Метод электродуговой металлизации отличается сравнительно высокой производительностью и низкой стоимостью нанесения покрытия [8]. Для напыления используют проволоку из электропроводного материала.
    Сущность процесса газопламенного напыления состоит в следующем. Напыляемый материал, имеющий форму прутка или проволоки, подают через центральное отверстие горелки и расплавляют пламенем горючей смеси. Расплавленные частицы металла подхватываются струей сжатого воздуха и в мелко распыленном виде направляются на поверхность изделия. При напылении порошком последний поступает из бункера через отверстие, разгоняется потоком транспортирующего газа (смесь кислорода с горючим газом) и на выходе из сопла попадает в пламя, где происходит его нагрев. Принципиальные схемы газопламенных металлизаторов показаны на рисунке 1.2 [1].


12

Рис. 1.2 - Газопламенные металлизаторы: а - для распыления проволоки; б - для распыления порошков; А - горючая смесь; Б - сжатый воздух; В - напыляемый порошок

    В момент столкновения расплавленных частиц с поверхностью основного материала происходит их сцепление с подложкой и быстрое охлаждение (затвердевание), при продолжении процесса расплавленные частицы будут сцепляться с частицами, уже осевшими на поверхности изделия. Неравномерная усадка, сопровождающая кристаллизацию расплавленных частиц, обуславливает пористую макроструктуру покрытия. Типичная структура покрытия схематически изображена на рисунке 1.3.


Рис. 1.3 - Структура покрытия:
1 - основной металл; 2 - поверхностный слой; 3 - затвердевшие частицы;
4 - частицы, образовавшиеся при вторичном распылении (осели на границе между слоями); 5 - удар жидкой частицы и частичное разбрызгивание (вторичное распыление); 6 - летящие частицы

13

    Усадка при кристаллизации частиц, составляющих покрытие, влечет за собой появление в системе покрытие-основа остаточных напряжений. Для избежания трещин в напыленном слое и лучшего сцепления с основным материалом необходимо стремиться к снижению остаточных напряжений [9].
    Прочность сцепления покрытия с основой можно выразить алгебраической суммой сил механического зацепления омех, физико-механического взаимодействия о,],х и остаточных напряжений оон в покрытии:

°мех + °фх + °он.

    Величина сил механического зацепления определяется высотой микронеровностей и видом микропрофиля поверхности основы. В зависимости от способа подготовки профиль микронеровностей может быть клиновым или анкерным. Первый получается струйно-абразивной обработкой, а второй - механической обработкой или избирательным травлением.
    В результате физико-химического взаимодействия происходит приваривание напыляемых частиц к подложке с образованием общей структуры в зоне их контакта, оно возможно лишь при тесном контакте частицы и основы. Это обусловлено тем, что атомы и молекулы начинают взаимодействовать на очень малых (менее нескольких ангстрем) расстояниях, а это возможно только в том случае, когда напыляемый материал смачивается материалом основы.
    Величина и знак напряжений зависят как от физических свойств соединяемых материалов, так и от геометрических размеров детали и условий напыления покрытия.
    Для получения профиля микронеровностей, сочетающих в себе клиновой и анкерный тип, можно использовать смесь, состоящую из мелких и крупных частиц [10].
    При напылении металла на внешние поверхности тел вращения в покрытии могут возникнуть растягивающие напряжения, приводящие к появлению продольных трещин. Усадочные силы, возникающие при охлаждении покрытия, усиливают сцепление покрытия и основы. Обработка внешних поверхностей тел вращения - наиболее простая технологическая задача для газопламенной металлизации. В случае напыления на внутренние поверхности тел вращения усадочные силы будут способствовать отрыву металлизационного слоя. Обработка внутренних поверхностей тел вращения - наиболее сложная технологическая задача для газопламенной металлизации. При нанесении покрытия на плоское изделие при остывании в нем образуются растягивающие напряжения, а в основании - напряжения сжатия. Это может привести к отслаиванию покрытия, а в случае обработки тонких изделий - к деформации основы.


14

    Преимущества данного способа нанесения покрытия: простая технология; низкая стоимость оборудования; низкие затраты на эксплуатацию. Основным его недостатком является низкая прочность сцепления покрытия и основы.
    Для напыления используются горючий газ (ацетилен или пропан) и окислитель (кислород). Толщина напыляемого слоя составляет 0,3-2,0 мм.
    Дальнейшая обработка нанесенного покрытия зависит от его назначения. Для повышения прочности сцепления между покрытием и основным материалом (адгезии) и между слоями покрытия (когезии) применяют диффузионный отжиг. Для уплотнения покрытия его подвергают обработке давлением (например, покрытые полосы прокатывают с небольшими обжатиями, при этом основной металл пластически не деформируется). Для снижения шероховатости поверхности покрытия применяют механическую обработку: обточку, шлифование и т. п. [11].
    При создании антифрикционных слоев зачастую применяют пропитку покрытия различными смазками. Дополнительную защиту антикоррозионным покрытиям придают окрашиванием специальными лаками и красками [11].

        1.2. Газопламенное напыление гибкими шнуровыми материалами

    К перспективным методам упрочнения поверхности деталей относится нанесение на них газотермических покрытий.
    Среди этих методов следует выделить газопламенное напыление гибкими шнуровыми материалами, которое имеет высокую производительность процесса и простоту оборудования.
    Наиболее перспективным материалом для изготовления рабочих элементов оборудования, подвергающихся абразивному воздействию, являются композиционные материалы на основе карбидов [12].
    Карбиды - это соединения углерода с металлами, а также с бором и кремнием. Покрытия на основе карбидов позволяют получать высокую износостойкость и нашли широкое применение в промышленности. Они наносятся вместе с металлической связкой (Co, Ni, Cr) для образования практически беспористо-го слоя с хорошей адгезией. В качестве таких покрытий широко используется целый класс композиционных материалов - твердые сплавы. Основу традиционных твердых сплавов составляет WC, к нему добавляются TiC, TaC. Твердые сплавы обладают высокой износостойкостью, особенно в условиях трения [13].
    Свойства карбидов приведены в таблице 1.1.
    Анализируя данную таблицу, можно сделать вывод, что наиболее высокой твердостью обладают карбиды бора и кремния.


15

     Бор в природе в свободном виде не встречается. Мировые запасы составляют 100 миллионов тонн. По твердости бор занимает второе место (после алмаза) среди всех веществ. Твердость по Моосу равна 9,3, по Виккерсу 274,4 ГПа. Карбид бора B₄C - одно из наиболее устойчивых соединений. Изделия из карбида бора получают горячим прессованием при температуре 2450 °C и давлением 20—35 МПа [14], температура плавления бора 2074 °C.
Таблица 1.1

Свойства металлоподобных и ковалентных карбидов

        Температура      Модуль     Плотность, Микротвердость,
Карбид плавления, °C упругости, ГПа   г/см3          ГПа      
 TiC   3257               460          4,92         31,7      
 ZrC   3530               355          6,66         24,5      
 HfC   3890               514       12,67           28,3      
  VC   2648               430          5,48         24,8      
 NbC   3613               345          7,82         21,7      
 TaC   3985               291       14,40           17,2      
Cr3C2  1895               380          6,74         18,0      
 M02C  2522               544          9,18         14,99     
  WC   2720               720          15,6         17,16     
 B4C   2450               450          2,52         49,1      
 SiC   2540               394       3,208           33,0      

     Кремний второй после кислорода по распространенности в земной коре элемент. В свободном состоянии в природе не встречаются, находится преимущественно в виде SiO₂. Температура плавления кремния 1415 °C.
     Однако сложность технологии получения изделий из этих материалов, требующая специального оборудования, дорогостоящих материалов, дающая большой процент брака [15], не позволяет широко применять данные материалы.
     Исходя из таблицы 1.1, требованиям малая хрупкость и достаточная прочность наиболее полно отвечают композиционные материалы на основе карбида вольфрама. Карбид вольфрама, имеет наибольшую плотность среди карбидов -15,6 г/см³ и модуль упругости - 720 ГПа, но при этом не высокую (по сравнению с другими карбидами) микротвердость - 17,16 ГПа.
     Для газопламенного напыления, а также для ручной газопламенной наплавки используются гибкие шнуровые материалы, которые представляют собой получаемый экструзией композиционный материал шнурового типа, состоящий из порошкового наполнителя и органического связующего, полностью исчезающего при нанесении покрытия - связующее сублимирует в процессе


16