Электродуговое напыление цинка своими руками

Технология электродуговой металлизации

Электродуговая металлизация как надежный метод создания защитных покрытий. Технология выполнения, виды присадочных проволок. Типы оборудования и нюансы его использования.

Электродуговая металлизация представляет собой процедуру послойного нанесения на нагретые изделия металла малой толщины. Высота электродуги при этом минимальна, а расплавленная проволока рассеивается газовым потоком, направленным вдоль оси присадочного материала. Технология разработана еще в 50-х годах XX века и широко используется для предохранения конструкций различного назначения от коррозии.

Суть и назначение технологии электродуговой металлизации

Для выполнения металлизации применяется косвенная электродуга, горящая между токопроводящими проволочными элементами. Металл электрода, нагретый до капельного состояния, распыляется на обрабатываемое изделие струей защитного газа либо сжатого воздуха. По мере расплавления присадки одновременно поступают в область дуги двумя парами роликов.

Антикоррозионная защита способом металлизации характеризуется:

• малыми энергозатратами;
• высокой производительностью и эффективностью расхода распыляемой присадки;
• возможностью создания покрытия толщиной до 15 мм без ограничения по размерам деталей;
• небольшое температурное воздействие на основной материал обрабатываемых изделий;
• надежность, простота обслуживания оборудования;
• возможность полной или частичной автоматизации процесса, создания поточных линий.

Металлизация при помощи электродуги имеет и недостатки:

• ограниченность ассортимента присадочного материала;
• содержание в покрытии большого количества оксидов, снижающих ударную прочность;
• недостаточно высокую прочность сцепления с основным материалом;
• высокую пористость слоев, препятствующую постоянной эксплуатации изделий в подверженных коррозии средах без дополнительной защиты.

Технология процесса обработки металла

Из сопла, расположенного посередине прибора для металлизации, выходит сжатый воздух, подхватывающий мелкие расплавленные капли металла и переносящий их на обрабатываемую поверхность.

Для распыления и переноса расплава обычно используется сжатый воздух. Если в качестве присадочного материала для электродугового покрытия используется нержавеющая сталь либо алюминиевые сплавы, то применяется азот.

Интенсивность поступления разжиженной присадки при электродуговой металлизации подбирается в соответствии с требуемым режимом дуги, влияющим на расстояние между проволочными элементами.

Электродуговые металлизаторы имеют следующие стандартные режимы работы:

• напряжение – 24–35 В;
• сила тока – 75–200 А;
• давление подаваемого воздуха – 0,5 МПа;
• выработка аппаратов – 30–300 г/мин.

На рисунке указаны основные элементы металлизатора:

• 1 – дюзы;
• 2 – точка проведения присадочного материала;
• 3 – точка выхода сжатого воздуха.

Подлежащая металлизации поверхность предварительно очищается от масел, загрязнений, очагов коррозии. Подготовку крупных изделий выполняют с применением песко- или дробеструйной очистки после предварительного обезжиривания.

Для повышения сцепления временной период между окончанием подготовительных работ и выполнением электродугового покрытия должен составлять не более 120 минут.

Для минимизации температурных напряжений и недопущения перегрева изделий послойная металлизация осуществляется с перерывами для остывания и формирования покрытия.

Необходимый вид, размеры и формы изделия получают после электродугового распыления при завершающей обработке.

Присадочные материалы

Интенсивность поступления назначается 220–850 м/ч.

Для создания защитного слоя металлических элементов с последующей их посадкой либо при неподвижном соединении применяется сплошная проволочная нить. Для создания поверхностей повышенной твердости при электродуговой металлизации должны использоваться стержни порошковые.

Для формирования антикоррозийных слоев используются высоколегированные присадочные материалы на основе железа, проволоки из цветных металлов.

Для нанесения методом электродуговой металлизации чаще всего используются алюминий, цинк и соединения на их основе.

Покрытия цинковые обладают высокой стойкостью к воздействию соленой воды и морской атмосферы. Но такая защита корродирует в условиях объектов промышленности, где содержатся окислы серы и хлора, пары соляной кислотой. Эти вещества при контакте с цинком образуют гигроскопичные соединения, разрушающие покрытие.

Алюминий относится к активным веществам, но под воздействием окислителей на его поверхности образуется защитная пленка, сводящая к минимуму способность к химическим взаимодействиям. Устойчивость алюминия к коррозии изменяется в зависимости от условий эксплуатации. В загрязненной среде коррозия развивается более интенсивно.

Область применения

Покрытия, сформированные в результате электродуговой металлизации, применяются для предохранения:

• металлических конструкций;
• железобетонных опор путепроводов, мостов;
• хранилищ топлива и нефти;
• трубопроводных магистралей;
• оборудования предприятий нефтехимической промышленности, теплосетей.

Оборудование для электродуговой металлизации

Для выполнения электродуговой металлизации разработано и выпускается серийно сертифицированное оборудование. Рассмотрим принцип его действия на основе двух наиболее распространенных моделей.

Электродуговой металлизатор типа ЭДМ-3 выпускается в ручном и в станочном исполнении. Основу его конструкции составляют:

• металлизатор (5);
• пульт управления (1);
• проволочные кассеты (2).

От электрического привода крутящий момент в управляющем блоке создается при помощи гибкого вала (6), подающего проволоку на роликовый механизм.

Присадка от катушек поступает через два гибких шланга к металлизатору. Кассеты и пульт располагаются на тумбе 3 и могут разворачиваться по вертикальной оси.

Электродуговой аппарат для металлизации ЭДМ-3 обладает малой массой (1,8 кг), а возможность разворота кассеты и управляющего блока по горизонтали делают его удобным для применения.

Электродуговой аппарат иной конструкции ЭМ-6 подлежит установке на суппорт токарного станка, на вал которого устанавливается напыляемая деталь. Между металлизатором и изделием крепится стальная воронка. На ее поверхность наносится порошкообразный графит, жидкое калиевое либо натриевое стекло. Благодаря такому решению эффективность применения присадочного материала повышается на 10–15%.

Распыляющая система электродугового аппарата модернизирована благодаря установке конусовидной воздушной дюзы. Это позволяет сократить угол раскрывания конуса, увеличить энергию распылительного потока и наносить слои под давлением 0,45–0,5 МПа.

Конструктивные элементы электродугового прибора для металлизации ЭМ-6:

1. Металлизатор.
2. Конусообразная дюза.
3. Подлежащее обработке изделие.
4. Патрон.
5. Устройство, используемое для перемещения суппорта станка вместе с электродуговым металлизатором в продольном направлении.

А вы использовали электродуговые металлизаторы на производстве или для домашних работ? Какие преимущества нанесения покрытий таким способом вы заметили, с какими недостатками столкнулись в процессе работы? Поделиться своим опытом вы можете в комментариях.

Источник

Электродуговое напыление цинка своими руками

Советы по работе на станках

Основы электродуговой металлизации

1.1. Процесс электродуговой металлизации

Электродуговая металлизация представляет собой плавление двух проволок электрической дугой и распыление расплавленного металла проволок на подготовленную поверхность металла.

В аппарате электродуговой металлизации две проволоки приводятся в движение и направляются в пистолете так, что они сходятся в точке и образуют дугу.

Воздушное сопло пистолета аппарата электродуговой металлизации распыляет расплавленный металл, полученный из проволоки, и направляет его к обрабатываемой детали с использованием воздуха под высоким давлением. Металл затвердевает, когда он попадает на поверхность заготовки, образуя плотное покрытие, которое защищает от коррозии .

Скорость распыления, скорость подачи толкателем проволок и весь процесс электродуговой металлизации легко контролировать. Все параметры электродуговой металлизации можно задавать регуляторами на панели аппарата электродугового металлизатора.

1.2. Принцип работы электродугового металлизатора.

Процесс электродуговой металлизации заключается в нагреве торцов металлических электродов электрической дугой до температуры плавления и последующем распылении жидкого металла струей сжатого воздуха.

Проволоки-электроды напыляемого материала подаются по направляющим горелки, к которым подведено напряжение. При замыкании между концами проволок образуется дуга. При напряжении 15-25 В образуется дуга, которая носит неустойчивый, прерывистый характер. При больших значениях напряжения дуга становится непрерывной и устойчивой. Хорошие результаты горения дуги получаются в том случае, когда дуговой промежуток является небольшим и составляет примерно 0,8 мм. В электрометаллизаторе угол между электродами (напыляемой проволокой) обычно составляет 30-60°. При углах, превышающих 60°, процесс напыления становится чувствительным к изменению условий напыления и нестабильным.

При работе электрометаллизатора на постоянном токе напыляемая проволока, выполняющая функции анода, расплавляется приблизительно на 50% быстрее, чем катод (теоретически на аноде выделяется 66% тепловой энергии дуги).

Значит,анодную проволоку следует подавать быстрее катодной. Однако на практике не возникает необходимости в разных скоростях подачи электродов. Поэтому проволоки подаются с одинаковой скоростью. Наиболее важным при напылении является правильная регулировка тока, позволяющая уравновесить скорости подачи проволок со скоростью их расплавления и таким образом обеспечить постоянство длины дуги. При напылении расстояние от электрометаллизатора до покрываемой поверхности обычно составляет 100-200 мм.

Для напыления обычно используют проволоку стандартных диаметров .

1.3. Предварительная подготовка поверхности металла при электродуговой металлизации.

Алюминиевые и цинковые покрытия невозможно качественно нанести на не подготовленную поверхность металла. Поэтому этап подготовки под напыление неизбежен.

Для всех способов электродуговой металлизации имеются общие требования по подготовке поверхности:

Процесс электродуговой металлизации включает следующие операции:

· предварительную абразивоструйную обработку поверхности металла для обеспечения прочного сцепления напыляемого материала в дробеструйной камере или пескоструйной камере;

· напыление материала на подготовленную поверхность металла в камере электродуговой металлизации ;

· обработку полученного покрытия после напыления, если в этом есть необходимость (термическая обработка, уплотнение покрытия, отделочная обработка).

1.4. Выбор оборудования для электродуговой металлизации

При выборе оборудования для электродуговой металлизации следует учитывать следующие характеристики:

• Потребляемая мощность. Чем выше эта величина, тем эффективнее работа оборудования;
• тип привода. Существуют аппараты металлизации с приводами push, pull или push-pull, которые отличаются весом пистолета и максимальным удалением его от источника питания;
• Гибкость настроек. Некоторые аппараты для металлизации позволяют регулировать напряжение, скорость подачи проволоки, скорость и объем подачи воздуха;
• Система распыления. Возможна регулировка напряжения, скорости подачи проволоки, объемы подачи воздуха;
• Дополнительные устройства. Некоторые аппараты для металлизации могут работать на большом удалении от блока питания. Могут использоваться различные устройства размотки проволоки, средства механизации процесса распыления и обеспечения компьютерного управления;
• Надежность. Мы поставляем только высоконадежные системы электродуговой металлизации, которые позволяют выполнять напыление сотен тысяч квадратных метров поверхности с минимальными затратами на техническое обслуживание и ремонт.

Технология нанесения покрытий

Технология нанесения металлопокрытий слагается из подготовки поверхности, нанесения покрытия и, в случае необходимости, его обработки.

Предварительная обработка поверхности основы является важным фактором для обеспечения прочного сцепления покрытия с деталью, так как в большинстве случаев соединение напыленного покрытия с основой происходит в результате механического сцепления. Следовательно, для того чтобы расплавленные частицы, которые ударяются и деформируются об основу, прочно сцеплялись с неровностями поверхности, основа должна быть достаточно шероховатой.

Помимо механического соединения напыленного покрытия с основой возможны и другие виды соединений, например сплавление напыляемого материала с материалом основы, образование химических соединений и т. д.

Повышение прочности механического зацепления связано с увеличением площади поверхности основы и созданием большей активности основы, что также важно и для других видов соединений. Поэтому создание развитой шероховатости на поверхности основы является важным требованием. Перед предварительной обработкой поверхности необходимо провести промывку и, насколько возможно, удалить влагу, масло и другие загрязнения, а также окисные пленки.

В деталях из пористых материалов и чугунных отливках в порах может содержаться масло, которое при напылении в результате нагревания выделяется на поверхность, что в значительной степени ухудшает сцепление покрытия с основой. Поэтому такие детали после обычного обезжиривания должны быть подвергнуты отжигу при температуре 250…500 °С, в процессе которого происходит выгорание масла, содержащегося в порах. Окисные пленки удаляют с поверхности в основном механически обдувкой кварцевым песком, корундом или стальной крошкой. Для удаления окисных пленок со стальных деталей иногда используют травление в азотной, соляной и других кислотах.

Обычным средством подготовки поверхности изделий со сложной конфигурацией или тел вращения является дробеструйная обработка стальной или чугунной колотой дробью грануляции 0,8…1,6 мм, или корундовым порошком той же грануляции при давлении воздуха 0,4…0,6 МПа, очищенного от влаги и масла. Для деталей с незакалённой поверхностью может применяться подготовка поверхности нарезанием рваной резьбы: для термообработанных твердых поверхностей после нарезания резьбы необходима струйноабразивная обработка электрокорундовым порошком. Значения параметров шероховатости поверхности изделия, требования к металлизации, к покрытию и методы контроля должны соответствовать ГОСТ 9.304–84 «Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля». Подготовленную поверхность следует металлизировать не позднее двух часов после окончания подготовки.

Режим работы металлизатора (напряжение, дистанция металлизации) устанавливается оператором в зависимости от применяемого металла подложки и проволоки, её диаметра, давления воздуха, скорости подачи проволоки. При нанесении покрытия необходимо избегать нагрева металлизируемой поверхности выше 100…120 °С.

Во избежание перегрева и отслоения покрытия его следует наносить при непрерывном вращении детали и возвратно-поступательном перемещении металлизатора вдоль ее оси или перемещать металлизатор относительно неподвижной поверхности плоской или сложной конфигурации. Высокое качество покрытий может быть достигнуто только при условии непрерывности подачи проволоки и минимального напряжения дуги, обеспечивающего стабильность её горения. Завышение напряжения ведет к перегреву покрытия и чрезмерному выгоранию легирующих элементов проволоки.

В электродуговом металлизаторе угол между электродами (напыляемыми проволоками) обычно составляет 30…60°. При углах, превышающих 60°, процесс напыления становится чувствительным к изменению условий напыления и нестабильным. При работе металлизатора на постоянном токе напыляемая проволока, выполняющая функции анода, расплавляется приблизительно на 50 % быстрее, чем катод. Поэтому теоретически анодную проволоку следует подавать быстрее катодной. Однако на практике не возникает необходимости в разных скоростях подачи электродов. Поэтому проволоки подаются обычно с одинаковой скоростью, либо регулирование скорости плавления проволок осуществляют за счет разности диаметров анодной и катодной проволок.

Важным фактором при напылении является правильная регулировка тока, позволяющая уравновесить скорости подачи проволок со скоростью их расплавления и таким образом обеспечить постоянство длины дуги. При напылении расстояние от сопла металлизатора до покрываемой поверхности обычно составляет 100…200 мм (рис. 3).

Рис. 3. Работа металлизатора при нанесении покрытия

Области применения электродуговой металлизации.

1.Антикоррозионные покрытия ( цинк, алюминий, олово, сплавы меди, высоко хромистые, хромо-никелевые сплавы) обеспечивающие возможность эксплуатации в высоко агрессивных средах.

2. Для нанесения антикоррозионных покрытий на большие поверхности: мосты, причалы, морской и речной транспорт, грузовой, пассажирский, авто- и электротранспорт, ограждения дорог, элеваторы, опоры ЛЭП, сваи, теплицы, трубопроводы, нефтедобывающее и перерабатывающее оборудование.

3. Для восстановления деталей: стальных, чугунных и из цветных металлов.

4. Для защиты от коррозии черных металлов или изменения их поверхностных свойств — для улучшения параметров износостойкости или теплопроводности.

5. Для антикоррозионной обработки на выезде. Возможно использование оборудования в полевых условиях.

Преимущества технологии электродуговой металлизации.

1 Защита металла в экстремальных условиях

Нанесенное покрытие электродуговой металлизации не боится морозов до – 60°С, морской воды, ударов, истирания льдами. Температурная стойкость до 600°С. Ни один другой способ нанесения не дает такого результата

Финансовая выгода электродуговой металлизации

· Увеличение оборота: высокая скорость обработки – до 15м2/час

· Экономия на производственных площадях и персонале – не нужны ванны (как для горячего цинкования), автоматизация

· В десятки раз дешевле, чем стационарное цеховое оборудование

Долговечность покрытия до 50 лет

Электродуговая металлизация это гарантированная защита деталей от коррозии. Адгезия до 80 Мпа – при правильной подготовке покрытия не отслаиваются от поверхности, на которую нанесены.

4. Максимальная надежность покрытия

Электродуговая металлизация гарантирует до 99,9% цинка (или другого используемого вещества) – в верхних слоях покрытия. А при горячем цинковании – лишь до 40%

Без ограничений в размерах детали, погодных условиях

Возможна обработка на оборудовании электродуговой металлизации для деталей любой геометрии, формы, размеров. Проводится электродуговая металлизация в условиях производства, полевых условий , даже в дождь и снег

Область применения

Назначение электродуговой металлизации — защита изделий и конструкций различного назначения:

• металлоконструкций разного размера, формы, геометрии и сферы применения;
• трубопроводов для хранилищ топлива, нефти;
• элементов опор мостов и путепроводов;
• элементов оборудования для нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, теплосетей;
• восстановление и улучшение свойств элементов из стали, чугуна, цветных металлов (в том числе и в полевых условиях).
• Основные преимущества металлизации

Метод электродуговой металлизации обладает рядом преимуществ и считается более эффективным методом, чем традиционное окрашивание:

• защищает детали и конструкции даже в экстремальных условиях — в пресной и морской воде, при температуре менее 60 °С, постоянном механическом
• воздействии, истирании льдами. Имеет температурную стойкость до 600 °С;
• имеет срок эксплуатации до 50 лет — при условии, что во время нанесения покрытия удалось добиться адгезии до 80 Мпа, а поверхность была правильно подготовлена и проверена на соблюдение требований качества;
• долговечность металлизированного слоя в 10 раз больше, чем лакокрасочного;
• электродуговую металлизацию можно выполнять при обработке деталей различного размера и формы, а также при любых погодных условиях (дождь, снег, высокие или низкие температуры);
• быстрое получение результата — высыхание металлических слоев происходит быстрее, чем лакокрасочных; экономическая выгода достигается за счет высокой скорости обработки поверхностей, отсутствия необходимости заказывать дорогое стационарное цеховое оборудование, минимального человеческого участия (можно полностью или частично автоматизировать процесс, создать поточную линию).
• минимальный нагрев обрабатываемой поверхности — в результате обработки изделия и конструкции не деформируются и не изменяют своих свойств;
• возможность получить покрытие с необходимыми свойствами путем использования двух разных проволок.

Электродуговая металлизация — безопасный, финансово выгодный и эффективный процесс нанесения антикоррозионной защиты. С его помощью получают прочное покрытие с высокой адгезией, которого не удается добиться при газопламенной обработке или напылении лакокрасочных составов.

Проволока для электродуговой металлизации.

Качество защитного покрытия металлической поверхности, нанесенное электродуговым металлизатором, во многом зависит от предварительной подготовки поверхности, качества используемой проволоки для электродуговой металлизации.

Проволока электродуговой металлизации применяется для напыления защитных покрытий с помощью оборудования газопламенного напыления и электродуговой металлизации. Оборудование электродугового напыления довольно чувствительно к качеству материала. Только использование проволоки с постоянным диаметром и химическим составом позволяет гарантировать постоянно высокое качество покрытия.

Использование для электродугового напыления проволоки с одним составом, изготовленной разными способами, может дать совершенно разные результаты.

Основные требования к проволоке для электродуговой металлизации :

· Степень очистки SAE3,0 · Малые отклонения по химическому составу · Малые отклонения по диаметру · Отсутствие каверн · Низкая шероховатость

Использование проволоки для электродуговой металлизации, не соответствующей этим условиям, может привести к ухудшению качества покрытия, быстрому выходу из строя оборудования напыления

Проволока, используемая для газопламенного напыления, должна соответствовать следующим

Вот почему мы тщательно отбираем поставщиков, гарантируя высокое качество материалов, а значит – высокую повторяемость результатов напыления. Наличие оборудованного склада и постоянный оборот материалов на складе позволяет избежать использования «залежалого» материала, окисленного или поврежденного в процессе хранения.

Проволока для электродуговой металлизации имеет стандарты диаметром 1,6, 2, 2,5, 3 мм. Цена на проволоку для металлизации зависит от стоимости цинка на Лондонской металлической бирже. Ознакомиться с действующей ценой на сегодня можно на сайте LMB

5. Материалы для электродуговой металлизации

Цинк — проволока цинковая Zn (99.9%) применяется как материал для создания стойких к атмосферной коррозии и коррозии в жидких средах покрытий. Цинк – для напыления в условиях с умеренно-низкой коррозией, для водных баков, мостов и обычных сооружений из конструкционной стали. Цинк – защита стальных конструкция от коррозии как в открытой атмосфере, так и при погружении в пресную или соленую воду

Алюминий — проволока алюминиевая Al(99.0%) применяется, в основном, для нанесения антикоррозионных покрытий; Алюминий применяется в условиях более жесткой коррозии: в морских береговых зонах и в условиях высоких температур, на установках для бурения нефтяных скважин.

Сплав алюминия и цинка (85%Zn /15%Al) – когда нужна антикоррозионная защита сильнее, чем цинковая, но по цене доступнее, чем алюминиевая. Лучшая коррозионная защита, чем у чистого цинка.Защита стальных конструкция от коррозии как в открытой атмосфере, так и при погружении в пресную или соленую воду. Сложнее напылять методом электродуговой металлизации

Алюминий-магний – проволока AlMg5 применяется для создания протекторных покрытий для защиты металлоконструкций от коррозии;

Алюник — Сплав алюминия и никеля. Проволока NiAl применяется как самостоятельно для создания изолирующих противокоррозионных покрытий, так и для создания адгезионного подслоя;

Баббит — баббит Б-83, Б-88, так называемый «спрабаббит» применяются для производства и ремонта антифрикционных покрытий баббитовых подшипников и вкладышей;

Монель-металл — Проволока монелевая на никелевой основе NiCu30 широко применяется для плакирования металла методом напыления в случаях, когда проектом предусматривается применение биметаллических материалов. Обеспечивает изолирующую защиту от коррозии во многих средах;

Инконель — жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий

15% хрома и до 9% железа. Разработан в США, где выпускается ряд его разновидностей, легируемых в зависимости от назначения алюминием, титаном, молибденом и др. Сплавы отличаются высокими прочностью и ударной вязкостью при температурах до 900 °С, стойкостью к надрезам при температурах до -78 °С.

Нержавеющие стали — проволоки из нержавеющих сталей, например, пищевая нержавейка, применяются для напыления коррозионностойких изолирующих покрытий, стойких к агрессивным средам;

Углеродистые стали — проволоки из углеродистой стали применяются, как правило, для восстановления геометрии деталей, нарушенной при производстве либо в ходе эксплуатации;

Хастелой — семейство коррозионно-стойких сплавов,широко используемое для защиты от химической коррозии в энергетике, нефтегазе, химии, нефтехимии и фармацевтике. Общими свойствами сплавов являются стойкость к химической коррозии и к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Источник