КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ МЕТАЛЛИЗАТОРОВ

Сарбучев С.Н.

Развитие электродуговой металлизации с момента своего зарождения в начале 20-ого века и по настоящее время (март 2009 года), позволяет классифицировать конструкции электродуговых металлизаторов по основным конструктивным схемам. Возможно классифицировать металлизаторы по типу привода подачи проволоки: пневмопривод или электропривод; а также по технологическому исполнению: ручные или стационарные. Приведённая ниже классификация касается только соплового узла металлизатора, так как от его конструкции зависит структура и качество покрытия.

1. С центральным распыляющим соплом.

Эти конструкции металлизаторов наиболее простые и удобные в обслуживании и, в тоже время, позволяют получать покрытия с необходимым качеством для многих целей. Проволоки подаются в точку схождения и горения дуги по токоведущим направляющим (наконечникам) под углом около 30°. Распыляющий газ (обычно воздух) подаётся из центрального сопла. Ось потока газа лежит в плоскости осей токоведущих наконечников. Электрическая дуга стабилизируется в потоке газа. Важно добиться минимальной экранировки газового потока токоведущими наконечниками и следить за сходимостью проволок. Сходимость нарушается из-за износа каналов, по которым проходит проволока. Для уменьшения износа целесообразно использовать проволоку с полированной поверхностью и без поверхностных загрязнений. Требование по чистоте поверхности проволоки относится ко всем металлизаторам, вне зависимости от конструкции. Существенным фактором для стабилизации электрической дуги является температура вылета проволоки. Принято называть вылетом проволоки её отрезок от среза токоведущего наконечника до точки её плавления. Проволока нагревается от проходящего по ней тока и от тепла, выделяющегося в катодном или анодном пятне дуги. Температуру вылета проволоки можно регулировать длиной вылета проволоки. Длина вылета проволоки подбирается опытным путём для каждой проволоки и для каждой конструкции металлизатора. Расчётных зависимостей пока не существует.

Для схемы распыления с центральным соплом характерно наличие поперечной составляющей потока газа для поперечного срыва пятна дуги на конце проволоки (на обоих концах). Можно с высокой степенью достоверности предполагать, что эта составляющая негативно влияет на стабилизацию дуги и диспергацию материала проволок. При такой схеме истечения газа, газ имеет возможность рвать дугу не только где-то посередине между концами проволоки, но и на концах проволок, с которых горит дуга.

1.1. Для нанесения покрытий на внутренние поверхности иногда используют два газовых потока: один распыляет, а второй, расположенный на некотором расстоянии от дуги, поток заворачивает под некоторым углом (обычно 45° - 90°). Ось второго потока расположена в плоскости симметрии первого потока и токоведущих наконечников. Эту конструкцию можно отнести к схеме распыления с центральным соплом. Угол, под которым второй поток встречается с распылённым металлом, подбирается опытным путём. К недостаткам этой схемы можно отнести некоторое захолаживание потока распылённого металла и, как следствие, снижение коэффициента использования материала. В тоже время, происходит меньший нагрев подложки. Эта схема наиболее перспективна для нанесения покрытий на внутренние поверхности с малым диаметром.

Рис. 1 (вид сверху). Рис. 1-1 (вид сбоку).

1. центральное распыляющее сопло;

2. токоведущие наконечники;

3. проволока;

4. газовый поток;

5. второй поток.

2. «Закрытая схема распыления»

Так принято называть конструкцию металлизатора с диафрагмирующим колпачком. Колпачок, ввод воздуха (газа) под колпачок и расположение токоведущих направляющих, являются основным конструктивным отличием данной схемы от предыдущей с центральным соплом. Эти отличия дают новое качество покрытия. Поток воздуха (газа) попадает сначала под колпачок, а затем, обжимая дугу и образующийся поток из газа и частиц металла, разгоняя его, вырывается наружу. Концентрация воздушного потока (его диафрагмирование) приводит к концентрации дуги (то есть пространства, занимаемого ею из условий её оптимального существования), к лучшей её стабилизации, а также концентрации (фокусировке) потока напыления, состоящего из воздуха (газа) и частиц металла, направляющегося к подложке. Поток газа в диафрагма может быть не один, а два и более. Также могут быть дополнительные потоки газа за соплом (диафрагмой) для изменения геометрии потока.

Концентрация потока напыления ведёт к более равномерному прогреву напыляемых частиц металла и к более равномерной эпюре их скоростей в потоке. Следствием является повышение качества покрытий.

Рис. 2 «Закрытая» схема напыления.

1. - газ;

2. - проволока;

3. - токоведущие наконечники;

4. - диафрагмирующий колпачок.

2.1. Следует отметить разновидность «закрытой схемы распыления»: дополнительная

подача газа (воздуха) под диафрагмирующий колпачок. Это приводит к увеличению расхода газа в диафрагме для обжатия дуги и потока напыления и к усилению фокусировки.

Увеличивается мощность потока, в первую очередь, скорость потока.

Для некоторых распыляемых материалов, например, для порошковых проволок, это имеет положительное значение. Возрастает плотность покрытия. Покрытия по свойствам становятся аналогичны высокоскоростным способам напыления (например, сверхзвуковое газопламенное напылении). Так как при сверхзвуковых способах напыления обычно используются порошки, то применение порошковых проволок для некоторых применений становится

предпочтительным.

Рис. 2-1 «Закрытая» схема напыления с дополнительной подачей газа.

1. - газ;

2. - проволока;

3. - токоведущие наконечники;

4. - диафрагмирующий колпачок;

5. - дополнительная подача газа.

3.Сопловой узел канального типа.

Если подавать распыляющий газ (воздух) вдоль токоведущих наконечников металлизатора, то сопловой узел существенно меняет свою конструкцию, становится более сложным в обслуживании. Однако, качество покрытия и производительность напыления возрастают.

Газ подаётся вдоль наконечников по коаксиальным каналам. Поэтому эту схему распыления назвали «канального типа». Газ симметрично истекает вдоль наконечников и, соответственно, вдоль проволок. На концах проволок поток газа истекает параллельно опорным участкам дуги, он не рвёт дугу, а локализует, обжимая её, на начальных участках её горения. Основной столб дуги выдувается и растягивается потоком газа, имея возможность прерываться где-то посередине. Это приводит к росту напряжения на дуге и её мощности, что позволяет плавить больше металла проволок, то есть увеличивается производительность напыления. Коаксиальное истечение газа приводит также к равномерному распылению материала проволоки в отношении дисперсности частиц. Частицы имеют небольшой разброс по размеру, в сравнении с другими схемами распыления.

При такой схеме распыления расширяется зона устойчивости дуги и тем самым, диапазон регулирования режимов напыления по току, напряжению и расходу газа.

Использование диафрагмирующего колпачка приводит к результату, описанному в пункте 2.1.

Рис. 3 Сопловой узел канального типа.

1. - проволока;

2. - токоведущие направляющие;

3. - подача газа (воздуха);

Рис. 3-1 Сопловой узел канального типа с дополнительной подачей газа.

1. - проволока;

2. - токоведущие направляющие;

3. - подача газа (воздуха);

4. - диафрагмирующий колпачок;

5. - дополнительный газ;

Автор благодарит Чистую Анну Александровну и Кириенко Веронику Юрьевну за техническую помощь в написании настоящей статьи.

12 марта 2009 года

Настоящее Руководство составлено в марте 2009 года и автором планируется дополняться.