Powłoki natryskiwane metodą płomieniową

Natryskiwanie płomieniowe (gazowe) jest procesem nakładania warstw z metali, a także niemetali na podłoża metaliczne, gdy źródłem ciepła potrzebnego do stopienia materiału powłokowego jest płomień gazowy.

W tej metodzie stosowane są dwie techniki natryskiwania różniące się parametrami procesu, konstrukcją urządzeń i w konsekwencji własnościami powłok. Jest to natryskiwanie płomieniowe poddźwiękowe (klasyczne) i naddźwiękowe.

Natryskiwanie płomieniowe poddźwiękowe

Źródłem ciepła stosowanym w tej technice jest płomień gazowy, ze spalania najczęściej acetylenu w tlenie, o temperaturze płomienia ok. 3000°C, a natryskiwane cząstki osiągają prędkość od 100 do 350 m/s.

W zależności od postaci materiału powłokowego (drut lub proszek) wyróżnia się odpowiednie konstrukcje palników.

Schemat palnika do natryskiwania powłok przy użyciu drutu przedstawiono na rys. Palnik gazowy składa się z układu napędowego drutu, głowicy gazowej sterującej przepływem gazu palnego, tlenu i sprężonego powietrza. Drut elektrodowy (1) jest podawany przez otwór środkowy dyszy gazowej (2). Wokół otworu środkowego rozmieszczone są małe otwory gazowe skierowane zbieżnie do osi drutu. Otwory gazowe otoczone są dysz ą powietrza (3), przez którą wypływa z dużą prędkością strumień powietrza pod ciśnieniem 0,4 ÷1 MPa. Gdy drut przesuwany mechanizmem napędowym wchodzi w strefę płomienia gazowego (4), ulega stopieniu i rozpyleniu na kropelki, które są porywane przez gaz, a następnie strumieniem powietrza skierowane na natryskiwaną powierzchnię (6). Prędkość natryskiwanych cząstek dochodzi do 350 m/s. Natryskiwana powierzchnia nieco nagrzewa się podczas natryskiwania, ale jej temperatura nie przekracza 150 ÷ 200°C. Zaleca się natomiast podgrzewanie wstępne podłoża metalicznego do ok. 100°C, w celu usunięcia wilgoci i obniżenia różnic rozszerzalności cieplnej warstwy i podłoża.

Natryskiwanie przy użyciu drutu moż liwe jest dla metali i stopów, które są wytwarzane w tej postaci, nie parują ani nie dysocjują przed osiągnięciem temperatury 2800°C. Stosuje się do pokrywania przedmiotów o dowolnym kształcie i wielkości, jak np. wały stalowe, walce, wewnętrzne powierzchnie cylindrów, łopatki skrawające świdrów ziemnych.

Budowa palnika do natryskiwania płomieniowego przy pomocy drutu; 1 – rolki podające, 2 – dysza gazowa, 3 – dysza powietrza, 4 – płomień gazu, 5–stapiany koniec drutu, 6 – pokrywane podłoże z natryskiwaną powłoką

Ważniejsze parametry natryskiwania:

• odległość palnika od przedmiotu powinna wynosić 100 ÷ 250 mm, zależnie od typu palnika, rodzaju podłoża i natryskiwanego materiału,
• palnik musi być utrzymywany przez cały czas natryskiwania w stałej odległości,
• prędkość przesuwu musi być tak dobrana, aby zapewnić układanie równomiernej warstwy, o grubości nie przekraczającej 0,15 ÷ 0,25 mm, w zależności od natryskiwanego metalu,
• powierzchnie płaskie natryskuje się zwykle ręcznie, palnik prowadzi ruchem posuwisto-zwrotnym.

Pierwsza warstwa powinna być cieńsza, do ok. 0,15 mm, a następne ok. 0,25 mm. Po ułożeniu pierwszej warstwy kolejne układa się pod kątem 90°, aż do uzyskania wymaganej grubości powłoki.

Natryskiwanie płomieniowe z użyciem proszku, polega na podawaniu grawitacyjnym (lub pod ciśnieniem) proszku metalicznego ze zbiornika do komory mieszania się gazów, z którymi jest przenoszony do płomienia, gdzie ulega stopieniu lub nadtopieniu i pod ciśnieniem gazów płomienia kierowany jest strumieniem na natryskiwaną powierzchnię.

Najczęściej stosuje się proszki o ziarnach 0,1 ÷ 0,15 mm ze stali odpornych na korozję, żaroodpornych stopów na osnowie Ni, Cr, Co, Fe, stopów miedzi.

Wyróżnia się natryskiwanie płomieniowe proszkowe: na zimno i na gorąco.

Natryskiwanie na zimno stosuje się do nakładania powłok, które ulegają zużywaniu ściernemu, adhezyjnemu, erozyjnemu, korozji ciernej, erozji kawitacyjnej. Powłoki są porowate, co wykorzystuje się do nasycenia ich materiałem smarnym, w celu przedłużenia trwałości elementu metalowego. Natryskuje się stale niskowęglowe i niskostopowe, stale odporne na korozję, stopy niklu, aluminium, miedź, brązy. Przedmioty są podgrzewane wstępnie do ok. 100°C, natryskiwane wstępnie spajającą warstwą aluminku niklu i kolejnymi warstwami materiału powłokowego do uzyskania wymaganej grubości.

Natryskiwanie na gorąco stosuje się do elementów, od których wymaga się wysokiej odporności na ścieranie, żaroodporności, odporności na korozję, erozję, udarności. Pokrywane elementy podgrzewa się do temperatury do 150 ÷ 500°C, nakładając warstwę wstępną o grubości 0,2 ÷ 0,5 mm w celu ochrony powierzchni podłoża przed utlenieniem. Następnie ponownie nagrzewa się do temperatury 600 ÷ 700°C i układa kolejne warstwy powłoki. Każdą kolejną warstwę przetapia się nagrzewając płomieniem palnika do temperatury w zakresie likwidus – solidus natryskiwanego stopu. Do natryskiwania na gorąco stosuje się proszki na osnowie Ni, Co, stopów Ni-Cr. W składzie chemicznym tych proszków występuje krzem i bor. Podczas utleniania w płomieniu gazowym pierwiastki te tworzą bardzo drobne cząstki tlenków, które wbudowują się do powł oki i zwiększają jej twardość.