Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 icon

Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401




НазваМетодические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401
Сторінка2/4
Дата16.03.2013
Розмір0.81 Mb.
ТипМетодические указания
1   2   3   4
^

Задачи проведения лабораторного занятия


В результате проведения лабораторной работы студенты должны:

знать: сущность методов определения пикнометрической плотности материалов, пористости покрытия, влияние параметров процесса напыления на пористость покрытий.

уметь: самостоятельно провести определение пикнометрической плотности материалов, открытой, закрытой и общей пористости покрытия.

^

2 Основные теоретические положения


Важное место среди методов получения различных покрытий, обладающих повышенными износостойкими, коррозионностойкими, жаростойкими, химически стойкими и другими свойствами, принадлежит методам нанесения газотермическим напылением. В процессе нанесения покрытие образуется из отдельных расплавленных или близких к этому состоянию частиц. Расплавленные частицы с высокой скоростью соударяются с поверхностью основы и наслаиваются на ней, что приводит к образованию защитного покрытия. Контактные процессы при ударе, деформации, затвердевании и охлаждении частиц, а также процессы их физико-химического взаимодействия с окружающей средой при движении к основе определяют структуру и свойства покрытия. Для напыления используют самые различные материалы: металлы, сплавы, керамику, пластмассы и др.; поэтому и диапазон характеристик таких покрытий очень широк.

Важным моментом процесса затвердевания напыленных частиц на поверхности основы является частичное выделение газов, растворенных в жидком металле, что сопровождается образованием закрытых и открытых пор в объеме напыляемого покрытия.

Наличие пор в покрытии может дать положительный эффект и повысить износостойкость, когда его наносят на трущиеся участки, так как в порах может сохраняться смазка. Однако в случаях, когда покрытие используется как антикоррозионное, или в других аналогичных случаях агрессивные газы или жидкости могут проникнуть по порам покрытия к поверхности основы и снизить работоспособность детали.

Плотность и пористость – основные характеристики покрытия, по которым можно косвенно судить о качестве напыленного материала покрытия. По пористости и относительной плотности покрытий оценивают эффективность того или иного метода нанесения покрытия или метода его обработки.

На величину пористости напыленных покрытий существенное влияние оказывает как сам метод напыления, так и условия напыления: режим работы распылителя, дистанция напыления, теплофизические характеристики материала основы и ее температура при напылении, свойства напыляемого материала, скорость подачи напыляемого материала в распылитель, скорость перемещения основы или горелки и т.д.

При увеличении дистанции напыления наблюдается повышение пористости. В этом случае происходит не только снижение температуры частиц в момент соударения с основой, но и падает их скорость, что и обусловливает такой характер изменения пористости напыленных материалов. На небольших расстояниях напыления, соответствующих образованию плотности покрытия с малой пористостью, может произойти перегрев и деформация основы. Кроме этого, при напылении на малых дистанциях могут возникнуть трудности, связанные с получением ровной поверхности покрытия.

С увеличением дистанции напыления количество пор в покрытии, сообщающихся с его поверхностью (открытая пористость), становится больше. Наиболее плотными и имеющими наименьшую открытую пористость являются покрытия, полученные проволочным напылением. Большинство пор в таком покрытии изолировано от внешней среды, т.е. пористость здесь, в основном, закрытая.

При нанесении порошковых материалов снижение расхода напыляемого порошка и уменьшение скорости перемещения горелки приводит к некоторому увеличению плотности покрытия.

Покрытия, полученные при более высокой температуре основы, обладают повышенным сцеплением частиц между собой и более низкой пористостью.

^

3 Методы определения плотности и пористости материалов


Плотность (d) пористых материалов простой формы определяется путем геометрического измерения объема (V) и взвешивания образца (m)

. (1)

Объем изделий сложной формы определяется методом гидростатического взвешивания в жидкости (чаще всего, в дистиллированной воде). Для этой цели образец взвешивают на воздухе (m1). Затем, для предупреждения попадания воды в поры, поверхность образца покрывают тонкой защитной пленкой (парафин, вазелин и т.п.) и вновь взвешивают на воздухе (m2) и погруженным в жидкость (m3). В этом случае плотность материала определяется уравнением

, (2)

где dж – плотность вытесненной жидкости.

При сравнительном анализе свойств пористых покрытий особое значение приобретает не абсолютная (d), а относительная (Q) плотность, которая представляет собой отношение абсолютной плотности пористого тела к истинной плотности тела в компактном состоянии (dк), выраженное в процентах

. (3)

Значение dк для однородного металла является справочной величиной, для сложных систем известного состава эта величина рассчитывается по правилу аддитивности. Достаточно точную оценку dк дает определение пикнометрической плотности.

Пористость покрытий, имеющая важное значение наряду с плотностью, выражается в долях либо в процентах

или . (4)

Пористость также может быть выражена через разность объемов

или , (5)

где Побщ – общая пористость тела;

V – объем пористого тела;

Vк – объем того же материала равной массы в компактном состоянии.

Общая пористость материала Побщ. может быть подразделена на открытую (Поткр.), под которой понимают объем пор, сообщающихся с поверхностью изделий, и закрытую (Пзакр.). Величина закрытой пористости (в %) определяется по формуле (6)

При определении открытой пористости из образца вакууме удаляют газы, а затем пропитывают жидкостью (обезгаженным маслом, ксилолом,бензолом, бензоловым спиртом и т.п.) с плотностью dпр.ж. Величину Поткр. рассчитывают исходя из массы исходного и пропитанного образца, плотности пропитывающей жидкости.

Закрытую пористость Пзакр. определяют как разность между общей и открытой пористостью.

Пзакр. = Побщ. - Поткр. (6)

При определении открытой пористости путем пропитки молекулы жидкости могут проникать не во все полости, так что часть особенно узких щелей останется незаполненной и при расчете войдет в количество закрытых пор.

Размеры пор и распределение их по размерам могут быть определены либо металлографически, либо одним из методов, основанных на вытеснении жидкости (например, воды) из пористого образца, или, наоборот, на вдавливании жидкости (например, ртути) в поры.


4 Приборы, принадлежности и материалы

4.1 Приборы: установка для плазменного напыления УПУ-ЗД, весы аналитические.

4.2 Принадлежности: пикнометр, вакуумный эксикатор.

4.3 Материалы: порошок (указывает преподаватель), парафин, бензол, бензиловый спирт, дистиллированная вода, шелковая нить.


5 Порядок проведения работы

5.1 Получение напыленного покрытия

На установке для плазменного напыления УПУ-ЗД получить на углеродной подложке напыленное покрытие из порошка указанного преподавателем. Полученное покрытие должно иметь размеры не менее 30х30х2 мм. Режим получения напыленного покрытия и порядок эксплуатации установки определяется инструкцией и дополнительными указаниями преподавателя.

5.2 Определение пикнометрической плотности

5.2.1 Взвесить сухой чистый пикнометр (m1).

5.2.2 Залить в пикнометр бензол или другую пикнометрическую жидкость до мерной риски.

5.2.3 Взвесить пикнометр с жидкостью (m2).

5.2.4 Промыть пикнометр растворителем и высушить.

5.2.5 Заполнить сухой и чистый пикнометр на 1/3 - 2/3 объема сухим порошком.

5.2.6 Взвесить пикнометр с порошком (m3).

5.2.7 Залить оставшийся свободный объем пикнометра жидкостью до мерной риски, провакуумировать пикнометр и долить жидкость до риски.

5.2.8 Взвесить пикнометр с порошком и жидкостью (m4).

Полученные данные заносятся в таблицу 6.1.

Плотность компактного материала (dк изм) также рассчитывается по закону аддитивности

, (7)

где n1, n2, …nn - число молей отдельных компонентов в 100 г смеси;

d1, d2,… dn - плотности отдельных компонентов смеси.

Значения плотности порошка исследуемого материала, полученные пикнометрическим методом и методом расчета сравниваются между собой.

5.3 Определение общей пористости покрытия гидростатическим взвешиванием

5.3.1 Взвесить на аналитических весах образец напыленного покрытия, отделенный от основы вместе с тонкой нитью для его подвешивания на коромысло весов (Р1).

5.3.2 Окунуть на короткое время образец в расплав парафина. Взвесить на воздухе покрытый слоем парафина образец (Р2).

5.3.3 На специальной подставке установить сосуд с дистиллированной водой над левой чашечкой аналитических весов. На левое коромысло весов подвесить на нити покрытый парафином образец, опустить его в дистиллированную воду до полного погружения и взвесить образец в жидкости (Р3).

Провести измерения массы по описанной выше методике для нескольких образцов покрытий и данные занести в таблицу 6.2.

5.4 Определение открытой пористости покрытия

5.4.1 Образец напыленного покрытия взвесить на аналитических весах (W1).

5.4.2 Опустить образец покрытия в сосуд с пропитывающей жидкостью.

5.4.3 Сосуд с образцом и жидкостью поместить в вакуумный эксикатор и провести вакуумирование в течение 1 часа до полного насыщения образца пропитывающей жидкостью.

5.4.4 Извлечь пропитанный образец и определить его массу (W2).

5.4.5 Поместить образец в сушильный шкаф при температуре 100-120оС и упаривать пропитывающую жидкость до прекращения изменения массы образца (в идеальном случае масса образца становится равной первоначальной величине (W1).

5.4.6 Провести определение объема образца методом гидростатического взвешивания согласно п.п. 5.3.1 – 5.3.3, получив массы образца с парафином на воздухе (W3) и в дистиллированной воде (W1).

Исследования провести с несколькими образцами и данные занести в табл. 6.3.


6 Обработка экспериментальных данных

Результаты измерений заносятся в табл. 6.1, 6.2, 6.3.

Таблица 6.1 - Определение пикнометрической плотности

№ опыта

Масса сухого пикнометра, m1, г

Масса пикнометра с жидкостью, m2, г

Масса пикнометра с порошком стали, m3, г

Масса пикнометра с порошком и жидкостью, m4

dк, изм. г/см3

dк, расч. г/см3







1

2

3



















Среднее








Таблица 6.2 - Определение общей пористости

№ опыта

Масса образца, Р1, г

Масса образца с парафином на воздухе, Р2, г

Масса образца с парафином в жидкости, Р3, г

Общая пористость, Побщ.. %

1

2

3













Среднее





Таблица 6.3 - Определение открытой пористости покрытия

№ опыта

Масса сухого образца, W1, г


образца, W1, г

Масса пропитанного образца, W2, г

Масса образца, покрытого парафином, на воздухе, W3, г

Масса образца, покрытого парафином в воде, W4, г

Открытая пористость, Поткр.,

Закрытая пористость, Пзакр., %



1

2

3



















Среднее




6.1 Рассчитать измеренную истинную плотность исследованного порошка по уравнению

, (8)

где Vпик. – объем пикнометра, см3;

dж.пик. – плотность пикнометрической жидкости (бензол, бензиловый

спирт), г/см3, которая рассчитывается по соотношению:

. (9)

6.2 Вычислить истинную плотность порошка стали dк.расч. по уравнению (8).

6.3 Общую пористость покрытия рассчитать по уравнению

, (10)

где dк – истинная плотность порошка (расчетная или определенная пикнометрическим методом);

– плотность парафина, которая равна 0,89 г/см3;

– плотность дистиллированной воды, которая равна 1 г/см3 при 25оС.

6.4 Открытую пористость рассчитать по равнению

, (11)

где Vпр.ж - объем пропитывающей жидкости;

Vобр.- объем образца покрытия, определяемый методом гидростатического взвешивания;

, (12)

где dпр.ж. – плотность пропитывающей жидкости (для бензолового спирта 1,044 г/см3, для бензола – 0,88 г/см3 при 20оС).

Объем образца из опытных данных рассчитывается по уравнению

, (13)

где и - плотности воды и парафина (см. п. 6.3).

6.5 Рассчитать закрытую пористость Пзакр., как разность между общей и открытой пористостью (уравнение 6).

Все полученные величины свести в табл. 6.1, 6.2, 6.3.

7 Порядок оформления отчета

В отчете привести общие сведения о плотности и пористости напыленных покрытий, о влиянии условий напыления на свойства получаемых покрытий, о методике и порядке обработки данных по определению различных видов пористости напыленных покрытий.


^ 8 Задание на самостоятельную работу

По материалам лекций и учебным пособиям изучить методики определения плотности и пористости напыленных покрытий, влияния условий напыления на свойства покрытий. Подготовиться к выполнению лабораторной работы.

Контрольные вопросы

  1. Особенности процесса напыления и основные физико-химические свойства напыленных покрытий.

  2. Влияние параметров процесса напыления на пористость покрытий.

  3. Связь между общей, закрытой и открытой пористостью.

  4. Что такое относительная плотность и как она определяется?

  5. Методы определения общей пористости материалов.

  6. Сущность пикнометрического метода определения истинной плотности пористых материалов.

  7. Сущность определения объема пористого материала методом гидростатического взвешивания.


Рекомендуемая литература

  1. Порошковая металлургия и напыленные покрытия /Под ред. Б.С.Митина. - М.: Металлургия, 1987. – 792 с.

  2. Хасуй А. Техника напыления. - М.: Машиностроение, 1972. – 288 с.

  3. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. - М.: Машиностроение, 1981. – 192 с.



^ 3 ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕТОДА ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ

К НАПЫЛЕНИЮ НА ЕЕ ШЕРОХОВАТОСТЬ


1 Цель проведения лабораторного занятия

Ознакомиться с основными методами подготовки поверхности к напылению и приобрести навыки определения шероховатости поверхности.

^ Задачи проведения лабораторного занятия

В результате проведения лабораторного занятия студенты должны:

Знать: основные методы подготовки поверхности изделий к напылению покрытий, влияние способа и метода напыления на требуемую микрогеометрию поверхности.

^ Уметь: самостоятельно определять параметры шероховатости поверхности.


2 Основные теоретические положения

Предварительная подготовка поверхности во многом определяет прочность сцепления покрытия с основой. Она включает в себя удаление всех видов загрязнений с поверхности изделия, создание соответствующей ее микрогеометрии и активацию.

Сцепление напыленного покрытия с поверхностью изделия определяется природой связи в системе покрытие-основа. При газотермическом напылении основной вклад в закрепление наносимого материала вносит механическое зацепление его с неровностями поверхности. При вакуумном – физико-химические взаимодействия между материалами покрытия и основы.

Для того, чтобы механическое взаимодействие было существенным, поверхность должна иметь определенную шероховатость и волнистость, т.е. должна пройти предварительную обработку. Величина неровностей определяется толщиной наносимого слоя, назначением детали и покрытия, методом напыления и т.д. При ГТН необходима шероховатость поверхности основы в пределах Rz = 20-80 мкм. Меньшие значения относятся к детонационно-газовому напылению, большие – к плазменному. Для успешного развития физико-химических взаимодействий поверхность должна быть гладкой.

Ниже приведены основные термины и показатели, характеризующие геометрию поверхности.

Реальная поверхность – поверхность, ограничивающая тело и отделяющая его от окружающей среды.

Измеренная поверхность – поверхность, воспроизведенная в результате измерения реальной поверхности.

Реальный профиль – контур, получаемый при сечении реальной поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направлении по отношению к геометрической поверхности.

Измеренный профиль – контур, получаемый при сечении измеряемой поверхности плоскостью, ориентированной в заданном направлении по отношению к геометрической поверхности. Измеренный профиль, являясь результатом исследования реального профиля, должен максимально точно его отображать.

Неровности – выступы и впадины реальной поверхности (рис. 2.1а).

Шаг неровностей – расстояние между вершинами характерных неровностей измеренного профиля.

Шероховатость поверхности (шероховатость) – совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности и условно рассматриваемых в пределах участка, длина которого (базовая длина) выбирается в зависимости от характера поверхности.

Волнистость поверхности – совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности, шаг которых в несколько раз превышает шаг неровностей шероховатости поверхности в том же сечении. Для шероховатости отношение высоты выступов к шагу неровностей не превышает 50, для волнистости его величина колеблется от 50 до 1000.

Базовая длина l – длина участка поверхности, выбираемая для измерения шероховатости без учета других видов неровностей, имеющих шаг более l. Рекомендации по выбору величины базовой длины приведены в табл. 2.1.

Длина участка измерения – минимальная длина участка поверхности, необходимая для надежного определения характеристик шероховатости, включающая в себя одну или несколько базовых длин.

Средняя линия профиля – линия, имеющая форму поверхности исследуемого тела и делящая измеренный профиль таким образом, что в пределах базовой длины сумма квадратов расстояний точек профиля до нее минимальна. На практике среднюю линию проводят так, чтобы в пределах базовой длины суммы площадок по обеим ее сторонам были равны между собой.

Линия выступов – линия, проходящая через вершину максимального выступа измеренного профиля параллельно средней линии.

Линия впадин – линия, проходящая через самую низкую точку впадины измеренного профиля параллельно средней линии.




а) определение параметра Rа; б) Определение параметра Rz.

1 – линия выступов, 2 – средняя линия, 3 – линия впадин, аi - шаг неровностей уi – расстояние точек измеренного профиля до средней линии, l – базовая длина.

Рисунок 2.1 – Схема определения параметров шероховатости


Для характеристики шероховатости существует ряд критериев. Наиболее часто используются критерии Rа и Rz.

Rа – среднее арифметическое отклонение профиля, представляющее собой среднее значение расстояний точек измеренного профиля до средней линии (У1, У2 … Уn). Расстояние суммируют без учета их алгебраического знака (см. рис. 2.1а). Приближенно Rа можно вычислить по уравнению

,

где - Rz – высота неровностей профиля. Это среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины пятью высшими точками выступов и пятью низшими точками впадин, измеренное от линии, параллельной средней линии (см. рис. 2.1б).

.

Кроме выше указанных используют и другие параметры шероховатости: Rt – максимальная высота неровностей. Это расстояние между линий выступов и линий впадин (см. рис. 2.1а). Rр – глубина оглаживания. Ее принимают равной расстоянию от средней линии до линии выступов. Rh – расстояние от средней линии до линии впадин.


Таблица 2.1 - Рекомендуемые величины базовых длин для поверхности с

различной шероховатостью

Среднее арифметическое отклонение профиля, Ra

Высота

неровностей Rz

Базовая длина l, мм

не более, мкм




0

40

20

320

160

80

8

10

5

40

20

2,5

2,5

1,25

0,63

10

6,3

3,2

0,8

0,32

0,16

0,08

0,04

1,6

0,8

0,4

0,2

0,25

0,02

0,01

0,1

0,05

0,08


Шероховатость поверхности, подготавливаемой к напылению покрытий, зависит от метода и режима ее обработки, физико-механических свойств обрабатываемого материала. В табл.2.2 приведена шероховатость поверхности углеродистой стали в зависимости от метода ее обработки.

Для подготовки поверхности деталей к напылению используют различные методы: механические – точение, фрезерование, накатка; абразивно-струйная обработка; электроискровая обработка, нанесение подслоя и др. На практике наиболее часто используют абразивно-струйную обработку. Частицы абразива разгоняются сжатым воздухом, ударяются о поверхность, придавая ей соответствующую шероховатость. Шероховатость зависит от крупности и природы абразива, давления сжатого воздуха, угла встречи потока с поверхностью


Таблица 2.2 - Влияние метода обработки поверхности на ее шерохова

тость

Метод

Обработки

Шероховатость поверхности, Ra, мкм

Метод

обработки

Шероховатость поверхности, Ra, мкм

Точение

Предварительное 12,5

Чистовое 2,5 – 1,25

Фрезерование

Предварительное 12,5 – 6,3

Чистовое 2,5 – 1,25

Шлифование

Предварительное 1,25 – 0,63

Чистовое 0,63 – 0,32

Притирка

(доводка) 0,1 и меньше

Дробеструйная

обработка 6,3 – 2,5


изделия, времени обработки и т.д. В качестве абразивных материалов используют чугунную и стальную дробь колотую, корунд, карбид кремния и др. Давление сжатого воздуха – 0,3-0,6 МПа. Для высокотвердых материалов (НРС >40), как правило, применяют корунд либо карбид кремния зернистостью 0,25 – 1,4 мм; давление сжатого воздуха несколько ниже – 0,3  0,35 МПа. При обдувке следят за тем, чтобы сжатый воздух не содержал влагу и масло. Для контроля их наличия можно под струю газа поместить чистый лист бумаги. Отсутствие пятен влаги и масла свидетельствует о возможности использования сжатого воздуха для абразивно-струйной обработки. При качественной подготовке поверхности ее шероховатость должна быть одинаковой на всей обработанной поверхности изделия.

Из механических методов подготовки поверхности наиболее часто применяют нарезание “рваной резьбы” и нанесение накатки закаленными роликами. Эти методы используют при обработке цилиндрических деталей твердостью поверхности не более 35 HRC.

Для деталей с высокой твердостью поверхности ее подготовку к напылению часто ведут электроискровым методом. Обработка проводится на стационарных установках, обычно, в жидкой среде, подаваемой к зоне искрообразования. В качестве электрод-инструмента применяют проволоку или диски, изготовленные из стали, никеля, алюминия и др. металлических материалов.

Оценка шероховатости в производственных условиях чаще всего проводится с использованием образцов-эталонов, в лабораторных – с использованием оптических и щуповых (профилографы и профилометры) приборов. Оптические приборы подразделяются на приборы, действие которых основано на принципе светового сечения – ППС; приборы, основанные на принципе теневого сечения ПТС; приборы, основанные на принципе интерференции света. Самым известным прибором, работающим на принципе светового сечения, является двойной микроскоп МИС-11 Линника.

Приборы, использующие щуповой метод измерения высот микронеровностей и записи профиля используют чаще, чем оптические. Профилографы записывают профиль поверхности, профилометры дают результаты измерений в виде числового выражения параметров шероховатости.

Высокочувствительным измерительным прибором, основанным на индуктивном методе, является профилограф-профилометр “Калибр-201”. Его применяют для определения шероховатости поверхности посредством записи в увеличенном масштабе электротермическим способом на электротермической бумаге в прямоугольных координатах профиля микронеровностей поверхности в пределах Ra = 50,01 мкм или посредством показывающего прибора в пределах Ra = 50,04 мкм. Блок-схема прибора “Калибр-201” приведена на рис. 2.2.



1 – алмазная игла; 2 – якорь; 3 – катушка; 4 – сердечник; 5 – генератор звуковой частоты; 6 – входной трансформатор; 7 – электронный блок; 8 – показывающий прибор; 9 – записывающий прибор


Рис.2.2 - Блок-схема индуктивного профилографа-профилометра

“Калибр” модели 201

Для оценки шероховатости поверхности используют и другие щуповые приборы (“Калибр 253”, ИПШ-2 и т.д.).


3 Приборы, принадлежности, материалы

  1. Образцы с различной подготовкой поверхности.

  2. Приборы для измерения шероховатости.


^ 4 Порядок проведения работы

На образцах с поверхностью, предварительно подготовленной 3-4 различными методами, измеряют шероховатость имеющимися приборами согласно инструкции по их использованию. Данные измерений заносят в табл. 4.1.


Таблица 4.1 - Влияние метода предварительной подготовки

поверхности на ее шероховатость

Метод подготовки

Шероховатость поверхности




Ra, мкм

Rz, мкм





Проводят сравнительный анализ шероховатости поверхности, подготовленной к напылению различными методами. Его результаты приводят в выводах по работе.

^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие цели предварительной подготовки поверхности?

2. Какой тип связи превалирует в системе покрытие-основа при ГТН и ВН?

3. Назовите основные термины, используемые для характеристики геометрии

поверхности.

4. Какими критериями оценивают шероховатость поверхности?

5. Какие Вы знаете механические методы подготовки поверхности к напыле

нию покрытий? Когда их используют?

6. Сущность метода абразивно-струйной обработки поверхности, применяемые

режимы обработки и материалы.

7. Каким методом ведут подготовку к напылению деталей с высокой твердо

стью поверхностей.

8. Методы диагностики шероховатости поверхности.

9. Принцип работы профилографа-профилометра “Калибр-201”.

10. Влияние шероховатости поверхности на прочность сцепления покрытия с

основой.

^ ЗАДАНИЕ НА СОМОСТОЯТЕЛЬНУЮ РАБОТУ


По материалам лекций и учебным пособиям изучить влияние шероховатости поверхности на прочность связи в системе покрытие-основа, методы ее поверхности к напылению, методы оценки шероховатости поверхности.


ЛИТЕРАТУРА


1. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учебник для вузов/

Под ред. Б.С.Митина. – М.: Металлургия, 1987. – 792 с.

2. Отделка поверхности листа / В.И.Мелешко, А.Н.Чекмарев, В.Л.Мазур,

А.П.Качайлов. – М.: Металлургия, 1975. – 272 с.


^ 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ДОЗАТОРА НА СКОРОСТЬ ВВОДА ПОРОШКА В ПЛАЗМЕННЫЙ РАСПЫЛИТЕЛЬ


1 Цель лабораторного занятия

В результате проведения лабораторной работы студенты должны:

Знать: назначение и принцип действия пневматического (игольчатого) дозатора установки плазменного напыления покрытий, методы регулирования скорости ввода порошка в плазменный распылитель.

Уметь: управлять работой дозатора, строить зависимости скорости ввода порошка в распылитель от глубины ввода иглы в формирующий узел.


^ 2 Основные теоретические положения

Механизированная подача порошковых материалов в плазменный распылитель осуществляется с помощью механизма подачи. Общие требования к нему следующие: стабильность подачи, широкие пределы регулирования скорости ввода порошка в распылитель, компактность и малая масса, возможность автоматизированного управления подачей распыляемого материала в зависимости от параметров процесса, простота конструкции, надежность в работе и долговечность.

Схема порошкового питателя обычно следующая: бункер (1) – дозирующий узел (2) – транспортная магистраль (3) – распылитель (4) (рис. 2.1).

Бункер и дозатор размещаются в одном корпусе. Для подачи порошка к распылителю используют транспортирующий газ. Для дистанционной подачи порошка применяют гибкие шланги с минимальным сопротивлением, особенно в пристеночных областях. В их качестве обычно используют хлорвиниловые трубки. Их длина, по возможности, должна быть минимальной.

Установка плазменного напыления УПУ-3 комплектуется порошковым питателем пневматического (игольчатого) типа. Его схема приведена на рисунке 2.2а. Напыляемый порошок 1 засыпается в бункер 2 через крышку 3. Под действием собственного веса порошок ссыпается в дозирующий узел 8 и далее в транспортную магистраль 7.

Дозирующий узел представляет собой цилиндрическое отверстие с перемещающейся в ней иглой 4. При перемещении иглы в осевом направлении изменяется проходное сечение  для ссыпания порошка. Чтобы исключить зависание порошка в проходном сечении в центральное отверстие иглы подают транспортирующий газ. Это приводит к псевдоожижению порошка в проходном сечении и, как следствие, к исключению зависания порошка.



Рисунок 2.1 - Функциональная схема механизма подачи порошковых

материалов (а) и его компоновка (б)





Рисунок 2.2 - Схема порошкового питателя пневматического типа (а) и

его типичная расходная характеристика (б)


По каналу 7 подается транспортирующий газ. Его расход (Gтг) измеряется ротаметром, расположенным на пульте управления установки УПУ-3 и регулируется с помощью расположенного там же вентиля. К распылителю газопорошковая смесь поступает по гибкому шлангу (Gтг + Gп). Для выравнивания давления в бункере и дозирующем узле служит уравнивающая трубка 6. Скорость ввода порошка в распылитель (Gп) определяется расходом транспортирующего газа с зазором ? в дозирующем узле. Типичная расходная характеристика пневматического игольчатого дозатора приведена на рис. 2.2б.

Основным преимуществом питателей подобного типа является простота их конструкции. Однако они не обеспечивают достаточной равномерности ввода порошка в распылитель. Колебания скорости его подачи превышают ±5%.

3 Приборы, принадлежности и материалы

  1. Порошковый дозатор.

  2. Весы технические.

  3. Сушильный шкаф для сушки порошков.

  4. Баллон с газом.

  5. Стеклянный стакан.

  6. Порошки (указывает преподаватель).

  7. Пленочный расходомер.

  8. Секундомер.


4 Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией и принципом работы порошкового питателя.

2. Просушить порошок для напыления в сушильном шкафу.

3. Засыпать выбранный порошок в бункер питателя.

  1. 4. По указателю на крышке питателя отметить положение иглы в дозирующем

узле.

5. На технических весах взвесить стеклянный стакан.

6. Отградуировать ротаметр транспортирующего газа. С использованием полу-

ченной зависимости расхода газа от высоты подъема поплавка установить

заданный расход транспортирующего газа.

7. После установления стабильного потока порошка направить его поток из

транспортной магистрали в стакан на 3-5 мин.

8. Перекрыть поток транспортирующего газа.

9. Взвесить стакан с порошком и рассчитать массу порошка.

10. Рассчитать скорость ввода порошка в распылитель.

11. Опыт повторить при 3-5 расходах транспортирующего газа, 3-5 положени-

ях иглы для различных порошков (по указанию преподавателя).

^ 5 Порядок оформления отчета

В отчете привести описание конструкции дозатора, принцип его действия, методы управления скоростью ввода порошка в плазменный распылитель, результаты исследований в виде таблиц и графиков Сп = f/Gтг, Δ/ для различных порошков.


^ Задание на самостоятельную работу


По материалам лекций, учебным пособиям изучить конструкции порошковых питателей установок плазменного напыления, методы управления скоростью ввода порошка в распылитель.


Рекомендуемая литература


Порошковая металлургия и напыленные покрытия / Под ред. Б.С.Митина. – М.: Металлургия, 1987. – 792 с.


^ 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА НА КОЭФФИЦИЕНТ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОРОШКА ПРИ ГТН


1 Цель проведения лабораторной работы

Изучить влияние расхода плазмообразующего газа, дистанции напыления, подводимой к распылителю мощности, размера частиц порошка, теплофизических свойств напыляемого материала на коэффициент использования порошка.

^ Задачи проведения лабораторного занятия

В результате проведения занятия студенты должны:

Знать: влияние технологических параметров газотермического напыления покрытий на коэффициент использования порошка.

Уметь: экспериментально определять влияние технологических параметров ГТН на коэффициент использования порошка.


^ 2 Основные теоретические положения

Коэффициент использования порошка (коэффициент использования материала) относится к тем факторам, которые, в первую очередь, определяют эффективность технологического процесса напыления. Он характеризует степень использования частиц напыляемого материала в формировании покрытия. Условия приваривания частиц, в первую очередь, определятся температурой и давлением в зоне контакта деформирующейся и затвердевающей частицы с поверхностью основы, которые, в свою очередь, зависят от большого числа факторов (дистанции напыления и подводимой к распылителю мощности, теплофизических параметров плазмообразующего газа и напыляемого порошка и др.). Коэффициент использования порошка определяется как отношение массы материала покрытия к общему количеству распыляемого материала:

, (1)

где Кm – коэффициент использования материала;

Gп – масса материала покрытия;

Gр – масса распыленного материала.

В зависимости от условий процесса Кm при ГТН может меняться в широких пределах (0 – 0,9).

Основными причинами потерь порошка при газотермическом напылении являются:

1) отскок от поверхности основы твердых частиц. Причинами их появления являются: нерасплавление из-за недостаточной тепловой мощности газовой струи и затвердевание в полете. Последнее, чаще всего, относится к частицам, движущимся по периферии потока. Твердые частицы обладают недостаточной для деформации пластичностью и малой энергией для образования связей с основой либо покрытием.

2) разбрызгивание частиц. При перегреве расплава резко уменьшается его вязкость. Подобные частицы при ударе об основу образуют некоторое количество брызг расплава, которые уносятся отраженным газовым потоком.

3) испарение и сублимация материала частиц. Эти потери возрастают при перегреве напыляемого материала и с увеличением упругости его паров.

Зависимость Кm при газотермическом напылении от интенсивности прогрева порошка носит экстремальный характер. Наиболее четко она выражается при плазменном напылении, менее четко она проявляется ГПН.

При плазменном напылении, обычно, Кm изменяется в пределах 0,2 – 0,6: при газопламенном - 0,6 – 0,9; при электродуговой металлизации - 0,6 – 0,7. Высокие величины коэффициента использования материала при газопламенном напылении связаны с тем, что распылители ГПН обеспечивают возможность осевой подачи материала, что улучшает условия прогрева и ускорения частиц.

Оценить величину Кm при плазменном напылении можно с использованием выражения (2), которое было предложено исходя из анализа процесса нагрева порошка в газовой струе. Данное выражение учитывает потери материала на отскок

, (2)

где lвн – расстояние от точки ввода порошка внутри сопла до его среза;

Ro – радиус сопла;

Gг – расход плазмообразующего газа;

dг – диаметр частиц порошка;

D – параметр, характеризующий отличие параметров плавления порошка

по сравнению с компактным материалом;

Рэ – электрическая мощность, подводимая к плазмотрону;

Ηm– тепловой КПД распылителя.


Из уравнения (2) следует, что на величину Км помимо тепловой мощности струи, определяемой соотношением мощности плазмотрона и расхода плазмообразующего газа, влияют также конструктивные особенности плазмотрона (lвн, Ro) и свойства напыляемого материала (dг, D). Одним из условий достижения эффективного использования материала при ГТН является узкий диапазон гранулометрического состава напыляемого порошка. При большой разнице максимального и минимального диаметров частиц наносимого материала наиболее крупные не успевают прогреться, остаются холодными и отскакивают от основы. Мелкие – прогреваются и их материал начинает интенсивно испаряться. Кроме того, прогретые частицы склонны к разбрызгиванию. Все это приводит к снижению коэффициента использования материала.


3 Приборы и принадлежности

  1. Установка для газотермического напыления покрытий.

  2. Весы технические с разновесами.

  3. Пластины стальные 100х100х3 мм.

  4. Напыляемый порошок.

  5. Набор сит.

  6. Линейка.


4 Порядок выполнения работы

  1. По указанию преподавателя выполняются исследования влияния на Км: дистанции напыления, расхода плазмообразующего газа, подводимой к распылителю электрической мощности, размера частиц порошка, теплофизических свойств напыляемого материала либо других параметров.

  2. Выделить заданную преподавателем фракцию порошка.

  3. Взвесить дозу порошка 50 г.

  4. Провести подготовку к напылению покрытия одной стороны напыляемых пластин и взвесить их.

  5. Подготовить к работе установку для напыления.

  6. Засыпать в дозатор отвешенную дозу порошка.

  7. Включить установку и установить заданный режим работы.

  8. Разместить пластину таким образом, чтобы центр ее подготовленной поверхности был совмещен с осью потока частиц.

  9. Открыть подачу порошка и произвести его напыление на пластину.

  10. После остывания взвесить пластину.

  11. Рассчитать величину Км.

  12. Повторить опыт при других значениях исследуемого фактора.

  13. Построить графическую зависимость Км от исследуемого фактора.

Задание на самостоятельную работу

По материалам лекций и учебной литературе изучить влияние технологических параметров газотермического напыления на величину коэффициента использования материала (порошка).


^ Основные правила техники безопасности

Включение и выключение установки для плазменного напыления покрытий, регулирование режима ее работы разрешается только в присутствии преподавателя, проводящего занятие.

Лабораторное занятие разрешается проводить только при условии надежного заземления источника питания и шкафа управления. Запрещается включать установку при открытых дверях и крышках ее агрегатов.

Включение установки разрешается только при включенной вытяжной вентиляции.

На операторе, наносящем покрытие, должен быть одет защитный халат и темные очки. Смотреть на плазменную струю без защиты органов зрения соответствующими светофильтрами запрещается.


Рекомендуемая литература

  1. Порошковая металлургия и напыленные покрытия: Учебник для вузов//Под ред. Б.С.Митина. - М.: Металлургия, 1987. –792 с.

  2. Хасуй А. Техника напыления. Пер. с яп. - М.: Машиностроение, 1975. – 288 с.

  3. Борисова Ю.С., Билык И.И. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “Физико-химические основы напыления покрытий”. – К.: Изд. КПИ, 1985. –28 с.


^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1. Что такое коэффициент использования порошка (материала)?

  2. Дайте характеристику основных причин потерь порошка.

  3. Как влияет дистанция напыления на величину Км?

  4. Как влияет температура основы на величину Км?

  5. Как влияет подводимая к распылителю мощность на величину Км?

  6. Как влияют теплофизические свойства плазмообразующих их газов на величину Км?

  7. Как влияют теплофизические свойства напыляемого материала на величину Км?

  8. Как влияет диаметр порошка на величину Км?

  9. Дайте анализ влияния полидисперсности и порошка на величину Км.

  10. Как влияют конструктивные параметры распылителя на величину Км?

^ 6 ИЗУЧЕНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ

1   2   3   4

Схожі:

Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей
Методические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей....
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания
Методические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей....
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания к выполнению выпускной квалификационной работы образовательно-квалификационного уровня «магистр» для студентов специальности
Методические указания к выполнению выпускной квалификационной работы образовательно-квалификационного уровня «Магистр» для студентов...
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Водоснабжение (для студентов 4 курса всех форм обучения специальности...
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания
Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Прикладная гидроэкология» (для студентов 3 курса дневной формы...
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconПрограмма и методические указания к выполнению практических заданий по дисциплинам "Прикладная аэроэкология" и "Инженерная аэроэкология" для студентов
Прикладная аэроэкология" и "Инженерная аэроэкология" (для студентов 3-6 курсов заочной формы обучения специальности "Экология и охрана...
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Программирование в Unix" для студентов специальности "Информатика"
move to 0-20604619
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания по организации выполнения контрольной работы рисунок 1 Пример оформления таблицы
Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Локальные информационные сети» для студентов специальности 090803...
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Основы программирования и алгоритмические языки»
Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Основы программирования и алгоритмические языки» для студентов...
Методические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401 iconМетодические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Механические свойства и конструкционная прочность металлов» для студентов специальности 090101
Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Механиче­ские свойства и конструкционная прочность металлов» /Составитель...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи