Технологическое оборудование для холодного высокоскоростного напыления покрытий

Кeywords:   cold gas-dynamic spraying, installation, equipment, specifications, coating.

В статье приведен краткий обзор технологического оборудования для холодного газодинамического напыления, даны основные технические характеристики.

The article gives the brief survey of manufacturing equipment for cold gas-dynamic spraying, the main specifications are given.

Возникновение сверхзвукового газодинамического напыления (ГДН) можно связать с обнаружением российскими учеными закрепления металлических частиц на лобовой поверхности преграды при ее обтекании сверхзвуковым двухфазным потоком в институте прикладной механики в Новосибирске. Выполнив специальные исследования по взаимодействию двухфазного потока с преградой А.П. Алхимов, В.Ф. Косарев и А.Н. Папырин установили, что, при превышении некоторого значения скорости потока, которое было названо критической скоростью, может происходить осаждение толстого слоя твердых металлических частиц на преграде. Данный метод известен как «холодное напыление» («Cold Spray») [1, 2, 5, 8].

К основным преимуществам ГДН можно отнести следующие [1-5, 6]: возможность формирования покрытий в воздушной среде при нормальном давлении; незначительное тепловое воздействие на восстанавливаемую деталь; экологическую безопасность; простоту оборудования.

В настоящее время на рынке оборудования представлены различные серийные установки для сверхзвукового газодинамического напыления (ГДН) предприятий CGT

(Германия), «Интерметкомпозит» (Россия), Inovati (США), ОЦПН (Россия). Типовые характеристики некоторых установок приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Типовые характеристики установок для ГДН [1,8]

Характеристика	Производитель
	CGT	ИТПМ	Интермет-композит	Inovati	ОЦПН
Оборудование	Kinetiks	УХГН	НГА-5	КМ	ДИМЕТ
Рабочий газ	Азот/Гелий	Воздух/Гел ий	Воздух	Гелий	Воздух
Давление, МПа	3,0…4,0	1,5…2,5	1,0…1,5	0,35	0,5…0,8
Расход, м3/мин	2…4	1,3	2	0,2	0,4
Мощность, кВт	47	15	18	2,5	3,5

Установки Kinetiks производства CGT (рис. 1) [2, 3, 5-8], находят применение в промышленном производстве медных покрытий на алюминиевых радиаторах для электротехнической промышленности и используется рядом фирм для выполнения отдельных разовых заказов. При использовании данного вида оборудования, ввиду высокого уровня шума, рекомендуется использовать звукоизолирующую камеру, а рабочее сопло закреплять на манипуляторе промышленного робота.

Рисунок 1 – Общий вид установки Kinetiks-3000 производства CGT

Установки НГА производства «Интерметкомпозит» (рис. 2.), получили в производстве меньшее распространение, так как общая производительность и эффективность использования порошка в этих установках значительно ниже. Однако, вследствие меньшего энергопотребления и расхода газа возможно использование этих установок при ручных работах.

Рисунок 2 – Общий вид установки НГ-5

Установки КМ (Kinetic Metallization) производства Inovati (рис. 3) применяются как для нанесения локальных алюминиевых покрытий на стальные конструкции, так и для создания специальных покрытий для космической и авиационной техники. Несмотря на высокую эффективность осаждения порошкового материала, они пока нашли ограниченное применение, что связано с необходимостью использования гелия для разгона частиц. [1, 5-8].

Рисунок 3 – Общий вид установки КМ производства Inovati

Значительно меньше требования к ускоряющему газу и достаточно низкое энергопотребление характеризует установки «ДИМЕТ» производства Обнинского центра порошкового напыления ОЦПН (рис. 4). Их выполняют в портативном варианте и используют главным образом в ручной работе, хотя в ряде приложений для напыления применяется автоматическое перемещение напылительного узла манипулятором. Несмотря на значительно меньшую производительность и эффективность использования порошка установки «ДИМЕТ» позволяют решать задачи и локального ремонта, и мелкосерийного производства. Вследствие компактности и относительно низких требований к газу установки «ДИМЕТ» нашли более широкое применение. Несколько сотен установок используется в России и за рубежом в ремонте и производстве.

Ниже представлены основные технические характеристики некоторых установок серии «ДИМЕТ», выпускаемые Обнинским центром порошкового напыления.

Установка «ДИМЕТ-405» (рис. 4) предназначена для нанесения алюминиевых, цинковых, медных, никелевых и баббитовых покрытий, при выполнении широкого спектра монтажных, ремонтных и восстановительных работ. Оборудование может использоваться в ручном режиме, а также может встраиваться в автоматизированные линии, рабочие посты, участки по нанесению покрытий на детали и изделия.

Рисунок 4 - Общий вид установки «ДИМЕТ-405»

Таблица 2 - Технические характеристики установки «ДИМЕТ-405» [4]

Параметр	Значение
Габариты комплекта, мм	550x260x470

Масса, кг: напылительный блок комплект в целом	1,3 15
Давление потребляемого сжатого воздуха, МПа (кгс/см2)	0,5-0,9 (5-9)
Расход сжатого воздуха, м3/мин	0,45
Электропитание, В/кВт	220/3,3
Производительность по массе наносимого покрытия на основе алюминия, г/мин (см3/мин)	1-6 (0,3-2)
Количество фиксированных температурных режимов	5
Количество порошковых питателей	2

Специализированный комплекс оборудования «ДИМЕТ-ГП-3», предназначен для проведения ремонтно-восстановительных работ на газоперекачивающих аппаратах типа ГТК-10-4, работающих в составе газоперекачивающих станций магистральных газопроводов. Оборудование обеспечивает повышение мощности и КПД ГПА до нормативных значений путем уменьшения радиальных зазоров проточной части осевого компрессора и турбин высокого и низкого давления, снижения протечек рабочего тела по плоскостям разъемов турбины.

Рисунок 5 - Общий вид установки «ДИМЕТ-ГП-3»

Параметр	Значение
Состав и габариты комплекса, мм
Комплект оборудования «ДИМЕТ-405»для нанесения  металлических  покрытий  в составе комплекса «ДИМЕТ-ГП-3» Система СППУ-3 для автоматизированного программного перемещения и управления работой напылительного блока	550×470×260 2000×500×120
Пылезащитные устройства для локализации рабочей зоны при обработке статорных лопаток и поверхностей разъема турбины	1100×600×250
Давление потребляемого сжатого воздуха, МПа (кгс/см2)	0,5-0,9 (5-9)
Расход сжатого воздуха, м3/мин	0,45
Электропитание, В/кВт	380/5
Масса (нетто) комплекса, кг	150

Способ высокоскоростного напыления может быть успешно реализован в условиях различных предприятий технического сервиса: при восстановлении деталей, проведении кузовных работ, защиты изделий от коррозии и других ремонтных работ.

Могућности примене вишеслојних материјала у пољопривреди, Универзитет у Новом Саду, Пољопривредни факултет, Нови Сад, 2005.