Совершенствование технологии электродуговой металлизации на основе моделирования взаимодействия металла с газами и исследования свойств покрытий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.06, доктор технических наук Коробов, Юрий Станиславович

• Коробов, Юрий Станиславович
• доктор технических наук
• 2004

Оглавление диссертации доктор технических наук Коробов, Юрий Станиславович

Введение.

Глава 1 Электродуговая металлизация — процесс, оборудование, особенности.

1.1 Сущность и особенности процесса электродуговой металлизации

1.1.1 Использование энергии электрической дуги.

1.1.2 Температура, состав газовой атмосферы.

1.1.3 Особенности формирования капель жидкого металла.

1.2 Исследования газодинамики и металлургического взаимодействия двухфазного потока с газами атмосферы при напылении.

1.2.1 Определение скоростей движения газа и частиц.

1.2.2 Определение температур газа и частиц

1.2.3 Состав газовой струи.

1.2.4 Учет неаддитивности свойств газовой смеси.

1.2.5 Взаимодействие металла капель с кислородом.

1.3 Изучение свойств покрытий.

1.4 Оборудование и технологии нанесения металлизационных покрытий.

1.4.1 Оборудование для электродуговой металлизации

1.4.2 Изготовление типовых деталей с применением ЭДМ.

1.4.3 Изготовление алюминиевых деталей с износостойким покрытием

1.4.4 Эффективность ЭДМ в сравнении с другими способами получения покрытий.

Выводы к главе

Глава 2 Математическая модель процессов в двухфазной струе при электродуговой металлизации.

2.1 Основные положения модели и принятые допущения.

2.2 Описание геометрии и скоростей двухфазного потока.

2.3 Расчет температур в двухфазном потоке.

2.4 Расчет состава газовой струи при ЭДМ.

2.5 Экспериментальное определение кинетических параметров двухфазного потока.

2.5.1 Измерение начальной скорости газового потока.

2.5.2 Определение расходов газов.

2.5.3 Определение скорости движения частиц.

2.5.4 Определение эффективного расхода распыляемого металла

2.5.5 Определение гранулометрического состава частиц распыляемой струи.

2.6. Анализ результатов расчетов скоростей, температур и содержания компонентов в двухфазном потоке.

2.7. Кинетика взаимодействия напыляемого металла с кислородом . 111 Выводы к главе 2.

Глава 3 Изучение структуры и свойств напыленных покрытий

3.1 Оценка сравнительной износостойкости.

3.1.1 Методика оценки сравнительной износостойкости.

3.1.2 Оценка сравнительной износостойкости.

3.2 Изучение структуры покрытий.

3.2.1 Стальное покрытие.

3.2.2 Переходная зона "стальное покрытие - нихромовый подслой -алюминиевая основа".

3.3 Влияние технологических режимов на адгезионную прочность соединения " стальное износостойкое покрытие - алюминиевая основа"

3.4 Влияние технологических режимов на качество антикоррозионных покрытий.

3.4.1 Влияние подготовки поверхности перед нанесением покрытия

3.4.2 Влияние дистанции напыления и расхода сжатого воздуха

3.4.3 Влияние толщины покрытия 203 3.4.4. Изменение химического состава материала покрытия

Выводы к главе 3.

Глава 4 Разработка и совершенствование технологических процессов нанесения покрытий.

4.1 Направления совершенствования технологических процессов.

4.2 Конструктивные изменения сопловых узлов.

4.2.1 Направления разработок.

4.2.2 Улучшение условий формирования распыляющей струи.

4.2.3 Меры по регулированию состава струи транспортирующего газа

4.2.4 Влияние на параметры процесса путем увеличения вылета электродов

4.3 Совершенствование технологических приемов нанесения покрытий

4.3.1 Разработка способа нанесения износостойких стальных покрытий на детали из алюминиевых сплавов.

4.3.2 Разработка способа восстановления поршней.

4.3.3 Изготовление элементов теплообменников.

4.4 Меры по повышению надежности оборудования.

4.4.1 Повышение надежности подающего механизма.

4.4.2 Снижение тепловой нагрузки на силовые токоведущие кабеля

4.4.3 Повышение долговечности токоведущих наконечников.

4.5 Применение разработанных технологий.

4.5.1 Алюминиевые детали со стальным покрытием.

4.5.2 Износостойкие покрытия на стальных типовых деталях

4.5.3 Технологии нанесения антикоррозионных покрытий.

Выводы к главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии электродуговой металлизации на основе моделирования взаимодействия металла с газами и исследования свойств покрытий»

Потери металла от износа и коррозии деталей машин и металлоконструкций составляют около 30 % их массы. Перспективным направлением снижения потерь является улучшение свойств поверхности, контактирующей с внешней средой. Результаты научных исследований и практических разработок показывают, что это может увеличить срок службы изделий в 2 - 3 раза.

В этом направлении интенсивно развивается группа методов газотермического напыления (ГТН) покрытий. К ним относят газопламенное, плазменное, детонационное напыление, электродуговую металлизацию (ЭДМ). При ГТН поверхность детали, на которую наносится покрытие, остается в твердом состоянии. Вследствие этой особенности для процессов ГТН характерны малые тепловые деформации и, во многих случаях, отсутствие структурных изменений в детали. Кроме того, здесь незначительны ограничения по составу наносимых материалов. Все это обусловливает привлекательность ГТН-методов для улучшения эксплуатационных характеристик изделий.

Результаты анализа показывают, что мировой объем рынка технологий ГТН в 2000 г. составил 1600 млн. евро, рост в последующее десятилетие составит 25%, таблица 1.

Таблица 1. Объем рынка технологий газотермических покрытий, млн. евро [1]

Регион Годы

1990 2000 2010

Европа 300 400 500

Северная Америка 600 800 1000.

Азия, Австралия, Ближний Восток 300 400 500

Всего 1200 1600 2000

ЭДМ-покрытия в 3 - 10 раз дешевле по относительной стоимости получаемых другими способами ГТН при обеспечении их высокой прочности [2].

Однако, в настоящее время отсутствуют системные решения по предотвращению при ЭДМ интенсивного выгорания из металла легирующих элементов и насыщения наносимого слоя газами атмосферы. Указанные процессы приводят к изменению химического состава, снижению концентрации легирующих элементов, избыточному содержанию оксидов в покрытии. Кроме того, у серийно выпускаемых отечественных аппаратов для металлизации широкий факел распыла струи, вследствие чего коэффициент использования материала не превышает 0,5 — 0,6, а плотность покрытия на периферии пятна распыла уменьшается. Все это приводит к снижению качества покрытия, что препятствует широкому использованию простого в эксплуатации и дешевого способа нанесения покрытий.

Анализ имеющихся исследований показал, что дальнейшее развитие процесса ЭДМ возможно на основе исследования и обоснования взаимосвязи между параметрами технологии и качеством покрытий.

Исходя из этого, целью диссертационной работы было выбрано научное обоснование концепции повышения качества покрытий при ЭДМ на основе совместного анализа результатов моделирования процессов при ЭДМ и изучения свойств получаемых покрытий.

Для достижения поставленной цели в работе решались задачи:

1. Развить представление о процессах, происходящих при ЭДМ, в нескольких направлениях: изучить влияние электродинамического воздействия дуги на процесс дробления капель;

- разработать модель высокотемпературных процессов в многокомпонентной газовой струе с учетом протекающих химических реакций, влияния подмешивания воздуха из атмосферы, неаддитивности свойств газовой смеси;

- разработать модель, описывающую изменение скоростей и температур в двухфазной струе по дистанции напыления с учетом изменения параметров в радиальном направлении;

- для системы "газ — капли распыляемого металла" разработать модель взаимодействия металлической, оксидной и газовой фаз с учетом особенностей поведения кислорода в этих фазах.

2. Изучить влияние технологических параметров процесса металлизации и воздействия внешних нагрузок на свойства получаемых ЭДМ-покрытий.

3. Проанализировать возможные направления повышения свойств ЭДМ-покрытий и выработать предложения по их реализации на основе выбора рациональных выходных параметров ЭДМ-процесса, повышения их стабильности и разработки новых технологических приемов нанесения покрытий.

В теоретических и экспериментальных исследованиях использованы методики, включающие аналитические и численные расчеты по математической модели и экспериментальные исследования.

Расчеты по математической модели выполнены по разработанной автором программе на языке Турбо Паскаль 7.0, ряд расчетов выполнен в системе компьютерной алгебры Maple 7 и в пакете Microsoft Excel 2000, для представления результатов использованы системы компьютерной графики Компас 5.11 и SolidWorks 2000.

Опытным путем измерены параметры двухфазного потока: начальная скорость газа, расход газа, скорость движения частиц, рассеивание частиц за пределы эффективного пятна напыления.

Для определения износостойкости в условиях ударно-абразивного йзна-шивания разработана и использована оригинальная методика, позволяющая варьировать величину и периодичность приложения ударной нагрузки.

Для предварительных испытаний массивных узлов использован стенд на базе гидропульсаторной машины EMS-60, позволяющий задавать нагрузки до 100 МПа, при величине усилий до 200 кН, измерять линейную интенсивность износа и напряжения в детали.

Содержание кислорода в покрытии определяли методом восстановительного плавления в токе инертного газа и в вакууме (приборы ЯО-Пб и ЕАЫ-220). Для изучения структуры покрытий использовали химический, металлографический и фазовый анализы, замеры микротвердости.

Проводили лабораторные исследования по определению влияния технологических параметров (подготовка поверхности, режимы нанесения, предварительный подогрев, состав атмосферы) на адгезионную прочность и газопроницаемость покрытий.

Проводили натурные испытания ряда деталей с покрытиями.

В первой главе диссертационной работы проведен анализ литературных данных, касающихся сущности процесса ЭДМ и его отличий от родственных процессов дуговой сварки и газотермического напыления. Выполнена оценка начальных температур двухфазного потока, состава атмосферы газа для процесса ЭДМ. Предложен механизм дробления капель в зоне горения дуги, а также аналитически описаны возникающие здесь электромагнитные силы. Это позволило обосновать возможность образования капель, диаметр которых, по условию дробления газовой струей, меньше критического; показать причины получения развитой поверхности металла на стадии формирования капли; объяснить сложности в формировании узкого факела распыла.

Проанализированы имеющиеся результаты моделирования процесса, выполнен обзор существующих направлений улучшения конструкций аппаратов, рассмотрены имеющиеся результаты исследований свойств покрытий, приведены разработанные на этой базе технологии и показаны сложности в их разработке.

Вторая глава посвящена разработке модели процессов, происходящих при ЭДМ. В ней впервые выполнено теоретическое описание:

- высокотемпературных процессов в многокомпонентной газовой смеси с учетом протекающих химических реакций, влияния подмешивания воздуха из атмосферы, неаддитивности ее свойств;

- распределения скоростей и температур двухфазного потока "газ — капли металла" по дистанции напыления с учетом изменения параметров в радиальном направлении, изменения состава газовой смеси в каждом микрообъеме, влияния энтальпии плавления капель на их охлаждение по дистанции;

- кинетики взаимодействия металлической, оксидной и газовой фаз в системе "газ — капли распыляемого металла" с учетом особенностей поступления кислорода в каплю на торце электрода, в зоне горения дуги и по дистанции напыления.

На основе моделирования проанализировано изменение параметров двухфазной струи по дистанции напыления, а также показана возможность улучшения выходных параметров процесса за счет активного газодинамического и химического воздействия на жидкий металл в зоне горения дуги.

Третья глава содержит результаты экспериментальных исследований изменений структуры и ряда эксплуатационных характеристик от технологических параметров процесса металлизации и воздействия внешних нагрузок.

На основании испытаний на ударно — абразивное изнашивание по оригинальной методике, изучения структурных изменений с применением химического, металлографического и фазового анализа, определения изменений адгезионной прочности, газопроницаемости покрытий и коэффициента использования распыляемого материала установлены количественные зависимости свойств покрытий от технологических параметров.

В четвертой главе на основании совместного анализа результатов расчетов по математической модели и изучения свойства покрытий разработаны технологические меры, направленные на улучшение характеристик покрытий. Указанные меры связаны с совершенствованием конструкции распылительного сопла, разработкой технологических приемов нанесения покрытий и повышением надежности узлов металлизационного аппарата.

За счет реализации этих мер снижено разбрызгивание металла на 40 %, уменьшен угол распыла в 3 - 3,5 раза, повышен коэффициент использования металла на 25 - 40 %, уменьшена степень окисления покрытий на 40 %, расширен спектр напыляемых деталей при повышении надежности покрытий, повышена стабильность технологических режимов нанесения покрытий.

Для того чтобы подчеркнуть отличие совокупности разработанных технических решений от имеющихся, принято название "активированная дуговая металлизация" (АДМ). К отличительным особенностям АДМ относится совместное использование восстановительных смесей в качестве транспортируюидего газ, определенного взаимного расположения сопел и электродов, целенаправленного воздействия на зону горения дуги.

Разработанные технологии внедрены на ряде предприятий машиностроения, металлургии, строительства. Они успешно использовались для восстановления типовых деталей машин (шейки валов, плоские поверхности, биметаллические детали); изготовления принципиально новых узлов путем нанесения стальных износостойких покрытий на алюминиевые детали; нанесения антикоррозионных покрытий. Новизна предложенных технических решений подтверждена 17 патентами на изобретения, 11 из которых внедрены в производство. Эффективность использования предложенных технологий составляет 0,5 — 4 млн. рублей в год в зависимости от сферы применения и загрузки оборудования.

По итогам работы в 1990 — 1995 г.г. автору присвоено звание "Лучший изобретатель Министерства оборонной промышленности России". За разработку оборудования, технологий активированной дуговой металлизации и продвижение их на рынок Уральского региона автором в составе коллектива разработчиков получен диплом международной выставки "Сварка", Екатеринбург, 2001 г. Алюминиевый каток гусеничного тягача со стальным покрытием, который был напылен по разработанной с участием автора технологии, в 2004 г. принят в качестве экспоната единственным в России Музеем сварки Н. Г. Славянова, г. Пермь, как показатель современного уровня развития электрометаллизации.

В работе использованы результаты исследований, выполненных совместно с В. Э. Барановским, В. Н. Бороненковым, А. С. Прядко, В. М. Счастливцевым, М. П. Шалимовым в ГОУ ВПО "Уральский государственный технический уни-* верситет — УПИ".

Заключение диссертации по теме «Технология и машины сварочного производства», Коробов, Юрий Станиславович

Выводы к главе 4

1. На основе совместного анализа результатов математического моделирования ЭДМ и изучения свойств получаемых покрытий усовершенствована технология нанесения износостойких и антикоррозионных покрытий за счет улучшения конструкции ЭДМ-аппаратов, разработки технологических приемов выполнения операций и повышения надежности узлов металлизационного аппарата. Усовершенствования нашли практическое применение в различных отраслях промышленности.

2. Разработки по совершенствованию конструкции распылительного сопла металлизационных аппаратов представляют взаимосвязанную систему мер, направленных на увеличение тепловложения, усиление газодинамического и химического воздействия на распыляемый металл в зоне горения дуги.

Увеличение тепловложения обеспечено за счет увеличения вылета электродов при сохранении неизменного положения точки распыла. Потери на разбрызгивание снижены на 40 %, а удельная мощность, затрачиваемая на плавление электродов, в 1.5 раза.

Усиление газодинамического воздействия обеспечено за счет: изменения расположения зоны плавления проволок относительно среза сопла; введения центрального дополнительного сопла малого диаметра; изменения направления осей периферийных сопел; введения охватывающего дополнительного сопла. Это позволило уменьшить угол распыла в 3 — 3,5 раза, повысить коэффициент использования металла на 25 — 40 %.

Усиление химического воздействия обеспечено за счет создания активной атмосферы в зоне горения дуги.

Для создания восстановительной атмосферы использованы смеси "сжатый воздух - углеводороды" или продукты их сгорания. При этом уменьшается степень окисления покрытий на 40 % и повышается качество покрытий в сравнении с типовыми металлизационными аппаратами. Помимо защиты металла от поступления кислорода, происходит дополнительное тепловыделение в реакционной зоне, что улучшает энергетические характеристики процесса.

В определенных условиях, например, при нанесении покрытий из материалов, содержащих сильные раскислители, пористых покрытий на теплообмен-ные аппараты, для материалов с низкой температурой испарения оксидов (молибден), эффективно создание окислительной атмосферы в зоне горения дуги. Добавление кислорода в центральное сопло давлением 0, 4 МПа приводит к повышению производительности процесса на 18% в сравнении с использованием только сжатого воздуха, при неизменных токе и напряжении, тогда как содержание кислорода в покрытии увеличивается с 3,169 до 3,230 мае. %. Такое незначительное увеличение содержание кислорода объясняется снижением темпа его поступления в капли металла вследствие снижения поверхностного натяжения жидкого металла в присутствии кислорода и, соответственно, уменьшения доли поверхности металла капли, свободной от шлака (Ь). Расчет показывает, что результаты определения содержания кислорода соответствуют Ь = 0,2 — 0,25.

Указанные меры реализованы в модернизированных серийных аппаратах, а также в гамме аппаратов оригинальной конструкции.

3. Разработанные меры по совершенствованию технологических приемов включают разработку способов: a) Получения износостойких покрытий на алюминиевых деталях. Результаты натурных испытаний впервые показали возможность использования алюминиевых деталей плоской и цилиндрической формы с износостойкими покрытиями в условиях ударно-абразивного изнашивания при контактных нагрузках до 100 МПа; b) Восстановления поршней, при котором исключается перегрев кромок торцов и канавок за счет покрытия. Это обеспечивает стабильное качество операции нанесения покрытия; c) Изготовления теплообменников с нанесенным покрытием переменной шероховатости. Это решение позволяет применять для теплообменников дешевые низкоуглеродистые стали с жаростойким покрытием.

Реализация предложенных технологических мер дала возможность расширить спектр напыляемых деталей при повышении надежности покрытий.

4. Разработанные, применительно к узлам металлизационных аппаратов, испытывающим тепловые и механические перегрузки, меры повышения надежности включают: a) Усовершенствование узла подачи проволоки путем уменьшения нагрузки на оси прижимных роликов. Это позволяет обеспечить стабильную подачу проволоки при снижении мощности привода примерно на 30 %, или повысить надежность привода при неизменной мощности двигателя. b) Снижение тепловой нагрузки на токоведущие кабеля путем совмещения в шланговом проводе функций прохождения тока, подачи проволок и газа. Это обеспечивает устойчивую подачу газа при уменьшении масса шлангового провода длиной 3 м на 2 — 2,5 кг. c) Повышение долговечности токоведущих наконечников за счет улучшения условий теплоотвода при сохранении неизменным вылета электродов. Это-приводит к увеличению срока службы наконечников на 20 — 25 %.

5. Разработанные технологии нанесения покрытий успешно внедрены на ряде предприятий машиностроения, металлургии, строительства, газопереработки. Они использовались для восстановления типовых деталей машин (цилиндрические и плоские поверхности); изготовления принципиально новых узлов путем нанесения стальных износостойких покрытий на алюминиевые детали; нанесения антикоррозионных покрытий. Новизна предложенных технических решений подтверждена 17 патентами на изобретения, 11 из которых внедрены в производство. Эффективность использования предложенных технологий составляет 0,5 - 4 млн. рублей в год в зависимости от сферы применения и загрузки оборудования.

Заключение

1. Разработана научно обоснованная концепция повышения качества покрытий при ЭДМ на основе совместного анализа результатов моделирования процессов при ЭДМ и изучения свойств получаемых покрытий

2. При моделировании процессов применительно к ЭДМ впервые выполнено теоретическое описание:

- дробления капель в зоне горения дуги под воздействием совместных процессов вскипания жидкого металла и ударного расширения газов у перетяжек при прохождении электрического тока через жидкий металл срываемых капель;

- сил, действующие на жидкий металл в зоне горения дуги, возникающих за счет прохождения электрического тока и газодинамического напора;

- высокотемпературных процессов в многокомпонентной газовой струе с учетом протекающих химических реакций, влияния подмешивания воздуха из атмосферы, неаддитивности свойств газовой смеси;

- распределения скоростей и температур двухфазного потока "газ — капли металла" по дистанции напыления с учетом изменения параметров в радиальном направлении, изменения состава газовой смеси в каждом микрообъеме, влияния энтальпии плавления капель на их охлаждение по дистанции;

- кинетики взаимодействия металлической, оксидной и газовой фаз с учетом межфазных переходов кислорода в системе "газ — капли распыляемого металла", процессов как внешней, так и внутренней диффузии и особенностей поступления кислорода в каплю на торце электрода, в зоне горения дуги и по дистанции напыления.

Расхождение опытных и расчетных данных составило 10 — 15 %.

3. В результате экспериментальных исследований свойств покрытий установлены количественные зависимости структуры и ряда эксплуатационных характеристик (износостойкости, адгезионной прочности, газопроницаемости) от технологических параметров процесса и воздействия внешних нагрузок:

4. Предложенная схема дробления капель в зоне горения дуги под совместным воздействием электромагнитных и газодинамических сил позволила теоретически обосновать возможность появления капель фракций диаметром менее критического (по условию дробления газодинамическим напором).

5. Выполненная расчетная оценка показала, что электромагнитные силы в зоне горения дуги одного порядка по величине, но отличаются по направлению от газодинамической. На основании этого сделано заключение о необходимости разработки специальных мер, которые могут предотвратить разлет капель под большим углом к оси струи.

6. Расчет показал, что при полете на рабочей дистанции напыления, порядка 125 мм, капли металла большинства фракций, за исключением самых мелких, менее 10 мкм, не отвердевают, что объясняется высокой энтальпией плавления и кратковременностью полета.

7. Расчет показал, что при различном исходном составе газа, восстановительном или окислительном, резкие отличия состава газовой струи от окружающей атмосферы имеются только на начальном участке струи. Полученный результат объясняется интенсивным подмешиванием воздуха в струю из атмосферы.

8. Расчет кинетики взаимодействия металлической, оксидной и газовой фаз показал наличие ряда особенностей, которые необходимо учитывать при разработке технологий ЭДМ. К ним, в частности, относятся следующие:

- доля поверхности капель, свободная от шлака, уменьшается с повышением парциального давления кислорода в газе из-за снижения поверхностного натяжения жидкого металла. Это приводит к снижению скорости поступления кислорода в капли металла, хотя его общее количество возрастает;

- основное поступление кислорода в распыляемый металл происходит в зоне горения дуги, что обусловлено чрезвычайно высоким значением коэффициента массопереноса в газе и большой удельной поверхностью капель;

- существует интервал фракций, вклад которого в суммарное поступление кислорода в 1,5 - 2,5 раза ниже, чем у капель других размеров. Это, вероятно, связано с соотношением удельной поверхности и скорости капель в полете;

- на стадиях торца и зоны горения дуги поступающий кислород растворяется в металле капли, а на стадии полета - идет на образование шлака. Содержание последнего на рабочей дистанции увеличивается с ростом парциального давления кислорода и уменьшением диаметра капель.

9. На основании испытаний на ударно - абразивное изнашивание по оригинальной методике, а также изучения структуры поверхностного слоя покрытий, после приложения эксплуатационных нагрузок, установлено, что при контактных нагрузках до 100 МПа стальные покрытия работают лучше цельностальных поверхностей за счет того, что выработка покрытий идет по механизму внешнего трения по прослойкам оксидов. При этом износостойкость покрытий из сталей ЗОХГСА, 51ХФА, 65Г в 2 - 4 раза ниже, чем из сталей 20X13. В указанных условиях износостойкость покрытий повышается при использовании восстановительных транспортирующих газов. Эти испытания послужили основанием для более подробного изучения свойств покрытий из сталей типа XI3, уже на структурном уровне.

10. Исследования с применением химического, металлографического и фазового анализа выявили следующие особенности структуры покрытий из хромистых сталей типа XI3, используемых в качестве износостойких материалов:

- структура представляет собой отпущенный мартенсит, остаточный аусте-нит и включает оксиды типа РезС>4. Наличие карбидов зависит от параметров процесса. На некоторых технологических режимах выделения карбидов из раствора вследствие быстрого охлаждения не происходит;

- микротвердость покрытий находится в интервале 4,5 — 6,8 ГПа. Она увеличивается с повышением содержания углерода в исходном материале. При этом микротвердость оксидов несколько выше, чем участков чистого металла;

- использование восстановительных транспортирующих газов улучшает структуру стального покрытия. Она становится более плотной, повышается ее дисперсность и уменьшается количество и размер оксидов. Кроме того, отмечено повышение количества остаточного аустенита вследствие снижения мар-тенситной точки стали при повышении содержания в ней углерода. В этом случае сочетание плотности и пластичности покрытия увеличивает его работоспособность;

- оксиды в покрытии играют двоякую роль. С одной стороны, они в значительной мере обеспечивают износостойкость покрытия, как его наиболее твердая составляющая. С другой стороны имеется некоторое критическое количество оксидов, превышение которого скачкообразно снижает работоспособность покрытия под воздействием внешних нагрузок;

- стальные частицы, уже образовавшие слой, при контакте с попадающими на них расплавленными каплями, повторно нагреваются, примерно до 200° С.

11. Экспериментально установлены количественные зависимости адгезионной прочности покрытий от тока, напряжения на дуге, дистанции напыления, состава атмосферы транспортирующего газа, режимов предварительной обработки поверхности, что дает возможность разрабатывать рациональные режимы нанесения покрытий.

12. Установлено путем фазового анализа, что высокая адгезионная прочность при нанесении покрытий на алюминиевую основу по разработанному оригинальному способу обусловлена наличием диффузионной связи в переходной зоне "покрытие - алюминиевая основа". Результаты натурных испытаний впервые показали возможность использования алюминиевых деталей с износостойкими покрытиями, нанесенными по указанному способу, в условиях ударно-абразивного изнашивания при высоких контактных нагрузках.

13. Экспериментально установлено, что для антикоррозионных покрытий газопроницаемость, прочность сцепления, коэффициент использования распыляемого материала сильно зависят от подготовки поверхности. Это объясняется тем, что размер шероховатостей соизмерим по высоте с толщиной покрытий.

14. Экспериментально установлено, что газопроницаемость антикоррозионных металлизационных покрытий из нержавеющей стали снижается более чем на порядок при использовании продуктов сгорания пропано-воздушной смеси в качестве транспортирующего газа в сравнении с применением сжатого воздуха.

15. Разработаны технологические меры, направленные на улучшение характеристик покрытий на основании совместного анализа результатов расчетов по математической модели и изучения свойства покрытий. Указанные меры направлены на совершенствование конструкции распылительного сопла, разработку технологических приемов нанесения покрытий и на повышение надежности узлов металлизационного аппарата.

16. Разработанные меры по совершенствованию конструкции распылительного сопла металлизационных аппаратов направлены на усиление газодинамического и химического воздействия на распыляемый металл в зоне горения дуги. Реализация этих мер позволила снизить разбрызгивание металла на 40 %, уменьшить угол распыла в 3 - 3,5 раза, повысить коэффициент использования металла на 25 - 40 % и уменьшить степень окисления покрытий на 40 % в сравнении с типовыми металлизационными аппаратами.

17. Разработанные меры по совершенствованию технологических приемов направлены на получение износостойких покрытий на алюминиевых деталях, восстановление плоских поверхностей и поршней, изготовление теплообменников. Их реализация дала возможность расширить спектр напыляемых деталей при повышении надежности покрытий.

18. Разработанные, применительно к узлам металлизационных аппаратов, испытывающим тепловые и механические перегрузки, меры повышения надежности обеспечили стабильность технологических режимов нанесения покрытий. Это имеет большое значение из-за тяжелых условий работы ЭДМ-оборудования.

19. Разработанные технологии нанесения покрытий успешно внедрены на ряде предприятий машиностроения, металлургии, строительства, газопереработки. Они использовались для восстановления типовых деталей машин (цилиндрические и плоские поверхности); изготовления принципиально новых узлов путем нанесения стальных износостойких покрытий на алюминиевые детали; нанесения антикоррозионных покрытий. Новизна предложенных технических решений подтверждена 17 патентами на изобретения, 11 из которых внедрены в производство. Эффективность использования предложенных технологий составляет 0,5 - 4 млн. рублей в год в зависимости от сферы применения и загрузки оборудования.