Роль ацетилена в промышленности невозможно переоценить. Он применяется во многих технологических операциях газопламенной обработки. Но, кроме привычных: сварки, резки, нагрева, ацетилен участвует в процессе напыления покрытий – это перспективная технология, снижающая затраты на ремонт и увеличивающая долговечность работы деталей, а, значит, и всего механизма.
История вопроса
Изучение процесса напыления ведется уже более ста лет. Впервые покрытие газотермическим способом применил немец Ульрих Шооп еще в 1905 году. Его опыты с распылением свинца на различные материалы дали толчок к развитию новой технологии, которую впоследствии назвали в честь него шоопированием. В 1912 году Шооп создал аппарат, в котором материал подавался в виде проволоки, а средой, переносившей расплавленные частицы, служил пар. Современные установки используют для этого газы.
Неизученность метода в сочетании со случаями взрывов и воспламенения (кислород перетекал в ацетиленовые шланги) на долгих тридцать лет отложили активное внедрение процесса в промышленных масштабах. Изобретение инжекторных аппаратов в сварочном производстве, а затем и в установках напыления, исключило взрывы и позволило на полную мощность использовать возможности метода. С 50-х гг. XX столетия металлизация получила стремительное развитие во многих странах: Германия, Франция, США, СССР, Великобритания вели разработки и проектировали новые, усовершенствованные установки для напыления в струе ацетилена с кислородом. Появились методы не только газотермического, а и другого нагрева подводимого материала, но они не получили такого распространения. Ацетилен, как и прежде, – основная составляющая процесса.
Как сейчас применяют напыления с помощью ацетилена и преимущества этого метода
Первоначально возможность напыления носила экспериментальный характер, но, по мере изучения процесса, область применения стала значительной:
• антикоррозионные покрытия – цинк, медь, бронза, латунь, алюминий;
• нанесение упрочняющего слоя – жаростойкого, износостойкого, антифрикционного;
• исправление местных дефектов литья – заполнение пустот после зачистки;
• восстановление поверхностной геометрии – по аналогии с наплавкой, но без значительного термического воздействия и как следствия, коробления детали;
• декоративные и защитные покрытия – рисунки, экранирующие составы.
Установки компактны и состоят из горелки, инжектора, газовых баллонов с кислородом и ацетиленом, подачу воздуха осуществляет компрессор. Конструкция такова, что процесс легко механизировать или полностью автоматизировать.
Особенности метода
Процесс технологически простой и представляет собой: нагрев присадочного материала до расплавления или пластического состояния с помощью ацетилено-кислородного пламени; перенос полученных фракций на обрабатываемую поверхность. От соприкосновения с основой частицы растекаются, образуя монолитный слой. Подложка, на которую наносится покрытие, может быть холодной или подогретой до температуры 95 °C, это позволяет получить более гладкую поверхность и лучшее сцепление.
Управляя подачей смеси ацетилена и кислорода можно изменять режимы обработки – увеличивать или уменьшать скорость процесса, толщину покрытия, степень сцепления с основой. Существуют современные технологии и установки, в которых газовая струя выполняет функцию не только нагрева, а и транспортировки расплавленной массы к обрабатываемой поверхности. В таких случаях чистота газов (ацетилена и кислорода) особенно важна.
Преимущества газотермического способа напыления
Применение ацетилена в качестве горючего газа обусловлено тем, что такая смесь обладает самой высокой температурой горения – до 3100 °C, а, значит, с помощью одной установки, регулируя лишь технологические режимы, выполняется множество процессов. Преимущества метода:
• можно наносить различные покрытия – металлические, полимерные, металлокерамические, керамические, а также смешанные или многослойные;
• такой обработке подвергаются любые поверхности – металл, керамика, пластмасса, ткань;
• площадь покрытия не имеет значения – от нескольких миллиметров до больших площадей;
• в отличие от гальванического способа, можно покрывать строго направленные участки без погружения всей детали в ванну, поэтому габариты, форма могут быть любые – даже мосты, суда, краны, танки;
• восстановление высокоточных поверхностей, которые нельзя подвергать нагреву (как при наплавке) и деформации;
• толщина напыления варьируется от нескольких микрон до нескольких миллиметров;
• мобильность установки – баллоны, компрессор и горелка компактные, имеют небольшой вес.
Универсальность газопламенного напыления с помощью ацетилена в том, что присадочный материал может подаваться в виде проволоки, прутка или порошка. Причем именно этот метод позволяет наносить тугоплавкие покрытия из молибдена, титана, керамики.
Интересные факты
Кроме ацетилено-кислородного пламени, существуют другие способы нагрева:
• плазменный – высокие затраты энергии, применим только для керамических покрытий;
• электродуговой – энергетически выгоден, но используется только для металлических покрытий;
• детонационное горение – невысокая производительность, но для малых площадей вполне применимо;
• оплавлением – обеспечивается высокая адгезия покрытия, но ограничено применение из-за коробления детали.
Все эти способы имеют свои преимущества, но их круг использования несравнимо меньше, чем газотермическое напыление с помощью ацетилена.
Металлические покрытия наносят методом газопламенного напыления в пламени ацетилена при декорировании обожженной глины, фарфора.
Напыление с помощью ацетилена применяется не только в промышленности. В архитектуре активно используется замена литья из цветных металлов на более дешевый материал-основу с последующим покрытием. Таким способом изготавливаются наружные и внутренние декоративные элементы зданий. Например, в Московском метро ажурные решетки, барельефы, орнаменты изготовлены из чугуна, гипса, стали и покрыты бронзовым, медным, цинковым напылением.
Как многие гениальные открытия, идея метода напыления появилась благодаря случаю. Ульрих Шооп, наблюдая за стрельбой из охотничьего ружья, обратил внимание на свинцовую пулю, впечатавшуюся в каменную стену, а если две пули попадали в одно место, или рядом, то они «склеивались» между собой. Проводя многократные опыты, он пришел к выводу, что расплавленные частицы соединяются лучше.
Компания DP Air Gas – лидер на украинском рынке поставщиков газов. Предлагает ацетилен растворенный чистотой 99,1% согласно ГОСТ 5457–75. В ассортименте технические и медицинские газы различной степени очистки. В перечень предоставляемых услуг входит: очистка и испытание баллонов. Для ацетиленовых – дополнительная проверка пористой массы и, при необходимости, дозаправка ацетоном. Полный перечень продукции здесь.
