Абразивостойкое покрытие для металла

Обновлено: 05.10.2024

В мировой практике металлообработки все большее применение находят инструментальные материалы с покрытиями. Тонкие «пленочные» покрытия, толщиной от 2 до 10 мкм, наносят на поверхность заточенного и доведенного инструмента из быстрорежущей стали, твердого сплава и режущей керамики, которые позволяют улучшить ряд служебных характеристик инструмента и значительно изменить условия его работы. Снижение сил и температур резания на 20-40%, позволяет повысить стойкость режущего инструмента в 2 и выше раз, или увеличить скорость резания от 20 до 60% и значительно улучшить шероховатость обработки.

К износостойкому покрытию для режущего инструмента предъявляется ряд требований:

1.Высокая микротвердость, в 1,5-2 раза превышающая твердость инструментального материала;

2.Высокая износостойкость (т.е. необходимо обладать сопротивлением к поверхностному усталостному разрушению);

3.Низкая склонность к адгезии (химическому взаимодействию) с обрабатываемым материалом;

4.Сохранение основных свойств, при высоких температурах (быть устойчивым против коррозии и окисления);

5.Минимальная способность к диффузионному растворению в обрабатываемом материале;

6.Высокая прочность сцепления с инструментальным материалом.

Ряд требований носит противоречивый характер, например низкую адгезию к обрабатываемому материалу и высокую прочность сцепления с инструментальным материалом. При резании сталей, в основе которых содержится железо, инструментом из быстрорежущей стали в основе которой также содержится железо целесообразнее всего наносить многослойные или композиционные покрытия. У многослойных покрытий нижний слой, прилегающий к инструментальному материалу, обеспечивает прочное сцепление с ним, а верхний - минимальное схватывание с обрабатываемым материалом. Промежуточные слои могут выполнять роль связующих слоев, слоев с тепловыми барьерами или слоев препятствующих продвижению трещин при разрушении покрытий. Композиционныепокрытия – это покрытия изменяющие свой состав и свойства по толщине: например для быстрорежущего инструмента состав покрытия может постепенно переходить от нитрида циркония (ZrN), обеспечивающего наилучшее сцепление с инструментальной подложкой, к нитриду ниобия (NbN), дающего аномально низкое схватывание с железосодержащими обрабатываемыми материалами.

В качестве материалов для покрытий используют карбиды, натриды карбонитриды, бориды и силициды тугоплавких металлов IV – VI групп периодической системы элементов (IV – титан, цирконий, гафний; V – ванадий, ниобий, тантал; VI – хром, молибден, вольфрам). Применяется также оксид алюминия Al₂O₃ и алмазоподобные покрытия на основе углерода.

Наибольшее распространение для нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент получили методы химического (газофазного) осаждения покрытий (ХОП) или методы CVD (Chemical Vapour Deposition), термодиффузионное насыщение поверхности (ТДН) и физическое осаждение покрытий в вакууме (ФОП) или PVD (Physical Vapour Deposition).

Методы химического осаждения покрытий (CVD). В основе методов CVD лежат реакции в парогазовой среде, окружающей инструмент, в результате которых образуются покрытия. Исходными продуктами служат газообразные галогениды, при взаимодействии которых с другими составляющими смесей (водородом, аммиаком, окисью углерода и т.д.) образуется покрытие. Разложение галогенида происходит за счет термической химической реакции при Т=1000…1100°С. Уравнения химических реакций процессов ХОП с образованием карбидов, нитридов и оксидов в общем виде имеют следующий вид:

- реакция образования карбидов

- реакция образования нитридов

- реакция образования оксидов

- реакция образования боридов

где Ме – металл; Г – галоген; m, n – целые числа.

Так как реакция осаждения покрытий происходит при высоких температурах (Т»1000°С), то этим методом покрытие может наноситься только на инструменты из твердого сплава и режущей керамики.

Наибольшее распространение в качестве материала покрытий на твердых сплавах получили карбиды, нитриды, карбонитриды титана и оксид алюминия. Свойства покрытий сильно зависят от параметров процесса газофазового осаждения. Наиболее существенную роль играет температура на границе раздела конденсата и инструментального материала. От температуры зависят структура покрытия, прочность его адгезии с твердым сплавом, причем последнее определяется также возможностью диффузионного взаимодействия пары «покрытие – твердый сплав». Взаимная диффузия повышает прочность сцепления покрытия и твердого сплава.

Практическая реализация метода (CVD) нашла широкое применение в технологии ГТ (газофазового титанирования), где на сменные многогранные пластины (СМП) из твердого сплава наносятся износостойкие покрытия (TiC, TiCN, TiC-TiCN-TiN и др.).

Области применения твердосплавных пластин с износостойким покрытием приведены в табл. 2.18.

Таблица 2.18 Марки и области применения твердосплавных пластин с покрытием

Твердый сплав	Покрытие	Область применения
Т5К10	TiC-TiCN-TiN	Р20-Р30
ТТ7К12	TiC-TiCN-TiN	Р15-Р40
ВК6	TiC-TiCN-TiN	К10-К30
Группа ТТК	TiC-Al₂O₃	Р01-Р25, М05-М20, К01-К30

Методы термодиффузионного насыщения (ТДН). При производстве твердосплавных пластин с покрытием используют также методы термодиффузионного насыщения (ТДН), к которым относится метод ДТ (диффузионное титанирование).

Метод ДТ основан на термообработке твердосплавных пластин в специальной порошковой засыпке из материалов, содержащих титан, при температурах, достаточных для реализации диффузионных реакций в среде водорода. Метод не требует специального оборудования, так как осуществляется в стандартных водородных электропечах непрерывного действия, исключается необходимость точной дозировки и очистки газа восстановителя (водорода).. Производительность процесса ДТ очень высокая и составляет до 500 пластинок в час. Скорость роста покрытия до 10-15 мкм/ч. Вместе с тем методы ТДН, основанные на использовании порошковой технологии, имеют заметные недостатки, связанные с налипанием порошковой смеси на рабочие поверхности инструмента, необходимостью герметизации контейнера или использования защитных газов, одноразовым использованием смеси. В настоящее время промышленностью выпускаются пластины ВК6-TiC ДТ, рекомендуемые для обработки чугуна в области применения К10-К20.

Методы физического осаждения покрытий (PVD). Методы PVD основаны на физическом испарении или распылении вещества в вакуумное пространство камеры с последующей подачей реакционного газа (N₂, O₂, CN₄ и др.). В результате плазмохимической реакции ионизированного потока металлической плазмы и реакционного газа на поверхности инструмента конденсируется покрытие.

Среди методов наибольшее распространение получили: конденсация вещества из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой (метод КИБ), магнетронное распыление (метод МИР) и ионное плакирование.

Широкие возможности варьирования температурой от 20-1000°С в зонах нанесения покрытий позволяет использовать методы PVD в качестве универсальных для нанесения покрытий на режущий инструмент из быстрорежущей стали и твердого сплава. Методы PVD универсальны также и с точки зрения возможности нанесения гаммы монослойных, многослойных и композиционных покрытий.

Применение методов PVD для получения покрытий на режущем инструменте существенно расширяет его технологические возможности за счет более эффективного, чем для методов CVD, управления процессами получения покрытий и их свойствами.

Опыт эксплуатации инструментов с покрытием позволяет определять условия при которых достигаются наибольшее повышение их работоспособности.

Инструменты из быстрорежущей стали с покрытиями показывают значительное повышение стойкости при различных видах обработки, углеродистых, конструкционных и низколегированных сталей, а также серых чугунов низкой и средней твердости. При обработке титановых и жаропрочных сплавов на основе никеля, высоколегированных и высокопрочных сплавов, эффективность от применения инструментов с покрытием существенно ниже, а в ряде случаев стойкость снижается.

При обработке материалов, где получено повышение стойкости инструмента, износостойкие покрытия позволяют на 20-30% увеличить скорость резания. Наибольший эффект применения инструментов достигается при резании с малыми значениями толщины среза аа=0,1…0,25 мм. В первом случае за счет повышения износостойкости задней поверхности инструмента, а во втором случае за счет торможения роста лунки износа на передней поверхности. При толщинах среза а=0,05…0,1 мм, а также а>0,3 мм покрытие интенсивно разрушается, в первом случае из-за высоких нагрузок на покрытие со стороны задней поверхности, а во втором со стороны передней поверхности. Эти рекомендации необходимо учитывать при назначении режимов резания.

Твердосплавные пластины с покрытиями из карбида и нитридов титана эффективны для большинства наиболее распространенных видов обработки резанием конструкционных сталей и серых чугунов, особенно для точения, а также чистового и получистового фрезерования с умеренными подачами.

При тяжелых условиях резания, когда наблюдаются выкрашивания и сколы и на сплавах без покрытий, эффективность пластин с износостойкими покрытиями снижается.

Результаты испытания пластин с различными покрытиями при обработке труднообрабатываемых материалов различных групп обрабатываемости показывают, что, чем труднее обрабатывается материал резанием (чем выше группа обрабатываемости), тем меньше проявляется эффект покрытия.

Необходимо отметить, что несмотря на более высокую стоимость инструментов с покрытием, затраты потребителя на обработку единицы продукции по сравнению с аналогичными затратами при применении непокрытых инструментов ниже благодаря повышению либо стойкости инструмента, либо скорости резания и производительности обработки.

В промышленно развитых странах выпуск СМП с износостойкими покрытиями составляет 60-90% от общего выпуска твердосплавных пластин, и около 70% всех типов инструментов из быстрорежущей стали.

Контрольные вопросы по теме 2

1. Какие основные требования предъявляются к инструментальным материалам?

2. Перечислить основные группы инструментальных материалов.

3. Какова теплостойкость различных групп инструментальных материалов?

4. Каковы физико-механические свойства, состав и области применения углеродистых и легированных инструментальных сталей?

5. Назовите химический состав, физико-механические свойства и области применения быстрорежущих сталей.

6. На какие группы по химическому составу делятся твердые сплавы?

7. Назовите области рационального использования каждой группы твердых сплавов?

8. Назовите преимущества и недостатки режущей керамики и области их рационального применения.

9. По каким характеристикам отличаются естественные и искусственные сверхтвердые материалы на основе алмаза?

10. По каким свойствам кубический нитрид бора превосходит алмаз?

11. Какие инструментальные материалы предпочтительно выбирать при обработке сталей? чугунов? цветных металлов? при черновой обработке? при чистовой обработке?

12. Какие инструментальные материалы могут использоваться при обработке высокопрочных материалов? в закаленном состоянии?

13. Назовите области применения крупнозернистых и мелкозернистых твердых сплавов.

14. Как изменяются износостойкость и прочность твердого сплава в зависимости от увеличения индекса подгруппы применения по ИСО513?

15. Какие требования предъявляются к свойствам износостойких покрытий для режущего инструмента?

16. Какими методами наносят износостойкие покрытия на режущий инструмент?

17. Назовите области эффективного и малоэффективного применения покрытий на режущем инструменте.

Литература к теме 2

1. Новые инструментальные материалы и области их применения. Учебн. пособие / В.В.Коломиец, - К.: УМК ВО, 1990. – 64 с.

2. ГОСТ 19265-73 Прутки и полосы из быстрорежущей стали. технические условия.

3. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнир В.С. Резание металлов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учебн. для техн. вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. – 448 с.

4. Верещака А.С., Болотников Г.В. Современные тенденции совершенствования и рационального применения твердых сплавов для режущих инструментов (Обзорная информация), ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. – М. – 1991. – 51с.

5. Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент: Справочник В.С. Самойлов, Э.Ф.Эйхманс, В.А.Фальковский и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

6. Маргулес А.У. Резание металлов керметами. – М.Машиностроение, 1980. – 160 с.

7. Инструменты из сверхтвердых материалов / Под ред. Н.В.Новикова. – Киев: ИСМ НАНУ, 2001. – 528 с.

8. Сменные пластины и инструмент САНДВИК-МКТС, технические материалы. – М. – 2000. – 169 с.

9. Ляпунов А.И. и др. Использование порошковых быстрорежущих сталей в инструментальном производстве: Обзор – М. НИИМаш, 1983. – 39 с.

10. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение, 1993. – 336 с.

11. Внуков Ю.Н. и др. Нанесение покрытий на быстрорежущий инструмент. – Киев: Техника, 1992. – 196 с.

Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация.

Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы.

Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней.

Защитные покрытия для металлических поверхностей

Защитные покрытия металлов делятся на металлические и неметаллические. К первым относятся анодные и катодные покрытия, в которые входят гальванические, термодиффузионные, нанесенные газотермическим напылением, погружением в расплав и полученные плакированием.

Неметаллические покрытия включают в себя органические и неорганические материалы, куда входят лакокрасочные покрытия, смолы, пластмассы, полимерные пленки, резины, эмали, оксиды металлов, соединения фосфора, хрома и так далее.

Неметаллические покрытия

Неметаллические покрытия делятся на органические и неорганические. Их действие сводится к изоляции обработанных поверхностей от воздействия окружающей среды посредством создания тонкой инертной по отношению к агрессивным веществам пленки.

Среди неметаллических защитных покрытий выделяют полимерные и оксидные пленки, эмали, лаки, краски, пластмассы, резины.

Полимерные пленки

На сегодняшний день данный вид покрытий является наиболее популярной альтернативой лакокрасочным материалам, резинам, пластику и оцинковке. Обработанные поверхности приобретают эстетичный внешний вид, а также повышают электроизоляционные, высокотемпературные, противоизносные свойства и срок службы. Кроме этого стоимость нанесения полимерного покрытия достаточно низкая.

Нанесение происходит в три этапа: напыление, термообработка и отверждение.

В качестве напыляемых веществ выступают полиэстер, пластизоль, полиуретаны, поливинилдефторид. Наиболее популярен полиэстер, который широко применяется для обработки металлочерепицы и профнастила.

Полимерные антифрикционные покрытия

Антифрикционные покрытия (АФП) являются разновидностью полимерных покрытий металлов. По структуре эти материалы схожи с красками, где красящий пигмент заменен на высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ, которые равномерно распределены в смеси растворителей и связующих веществ.

Основу полимерных покрытий может составлять дисульфид молибдена, графит, политетрафторэтилен (ПТФЭ) и другие вещества, которые равномерно распределены в среде полимерного связующего: эпоксидной смоле, титанате, полиуретане, акриловых, фенольных, полиамид-имидных и других специальных компонентов.

В качестве примера таких материалов рассмотрим полимерные покрытия MODENGY. Они применяются в средне- и тяжелонагруженных узлах трения скольжения (направляющие, зубчатые передачи, подшипники и т.д.), деталях двигателей внутреннего сгорания (юбки поршней, подшипники скольжения, дроссельная заслонка), резьбовых соединениях и крепеже, трубопроводной арматуре, пластиковых и металлических деталях автомобилей и других парах трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Применение полимерных покрытий во многих случаях позволяет полностью отказаться от масел и пластичных смазок, создав узел трения, не требующий обслуживания. Материалы наносятся однократно на весь срок службы детали, обеспечивая необходимую защиту и смазывание поверхностей.

Преимущества полимерных покрытий MODENGY:

Высокая несущая способность

Работоспособность в запыленной среде

Низкий коэффициент трения

Широкий диапазон рабочих температур

Высокая износостойкость, противозадирные и антикоррозионные свойства

Стойкость к воздействию кислот, щелочей, органических растворителей и других химикатов

Работоспособность в условиях радиации и вакуума

Тонкий слой покрытия практически не влияет на исходную точность размеров детали

Эмалирование

Эмаль представляет собой тонкое, похожее на стекло, покрытие на поверхности металла, которое получается благодаря высокотемпературной обработке стекловидного порошка. Данный порошок смешивается с водой до нужной консистенции и наносится на поверхность.

Оксидирование

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.

Существует химическое, анодное, термическое, плазменное, лазерное (доступно только на промышленных предприятиях) оксидирование.

Покрытие лакокрасочными материалами, резиной, пластиком

Данные виды покрытий металлов хорошо известны каждому. Их основная задача – защита поверхностей от коррозии и воздействия агрессивных сред. Как правило, у таких покрытий ограниченный функционал в плане термостойкости и износостойкости. Их очень легко повредить.

Основным преимуществом данных покрытий является низкая стоимость и достаточно простая технология нанесения. Достаточно провести тщательную подготовку поверхности и придерживаться рекомендаций по нанесению используемого материала.

Срок службы данных покрытий очень зависит от условий эксплуатации деталей, поэтому их не применяют в условиях высоких нагрузок и температур. Чаще всего их используют в качестве декоративного слоя.

Металлические покрытия

Как уже было сказано выше, металлические покрытия бывают анодными и катодными. Для создания первых используются металлы, электрохимический потенциал которых меньше потенциала обрабатываемого металла, а для катодных наоборот, потенциал используемого материала больше, чем у обрабатываемого.

Анодные покрытия благодаря электрохимическим процессам обеспечивают защиту металлических поверхностей от коррозии даже при нарушении целостности слоя.

Катодные покрытия из-за того, что их потенциал выше, чем у обрабатываемого металла, не обеспечивают электрохимическую защиту. Они образуют защитный механический слой, который препятствует попаданию агрессивных сред к основному металлу. По сравнению с анодными покрытиями, катодные лучше защищают поверхности от агрессивного воздействия, но только в том случае, если защитный слой покрытия не имеет повреждений. На чугуне и стали для нанесения катодных покрытий используются такие металлы, как олово, свинец, никель, медь и другие металлы, которые расположены в электрохимическом ряду напряжений правее железа.

Гальванические покрытия

Гальванизация – это электрохимический метод нанесения металлического защитного слоя, который защищает поверхности от коррозии и окисления, улучшает их износостойкость, прочность, а также придает эстетичный внешний вид. Покрытия, созданные при помощи данного способа, применяются в авиастроении, машиностроении, радиотехнической и электронной промышленности, строительстве.

В зависимости от назначения конкретных деталей гальванические покрытия бывают:

Защитными, которые служат для изоляции металлических деталей от механических повреждений и воздействия агрессивных сред

Защитно-декоративными, которые предназначены для придания деталям эстетичного внешнего вида и защиты от разрушающих внешних воздействий

Специальными, которые наносятся для придания обрабатываемым поверхностям улучшенных характеристик – повышенной износостойкости, электроизоляционных и магнитных свойств, твердости и т.д.

Меднение, хромирование, цинкование, железнение, никелирование, латунирование, родирование, золочение и серебрение, покрытие оловом – все эти операции являются видами гальванических покрытий. Разницу составляет используемый в качестве покрытия материал.

Газотермическое напыление

Газотермическое напыление – это метод переноса расплавленных частиц материала на обрабатываемую поверхность при помощи газового или плазменного потока. Покрытия металлов, образованные таким методом, могут быть износостойкими, коррозионностойкими, антифрикционными, противозадирными, термостойкими, термобарьерными, электроизоляционными, электропроводными и т.д. В качестве напыляемого материала служат проволоки, шнуры и порошки из металлов, керамики и металлокерамики.

Существуют следующие методы газотермическогого напыления:

Высокоскоростное газопламенное напыление. Используется для образования плотных металлокерамических и металлических покрытий.

Детонационное напыление. Применяется для напыления защитных покрытий и восстановления небольших поврежденных участков поверхности.

Плазменное напыление. Является достаточно энергозатратным методом, поэтом используется для создания тугоплавких керамических покрытий

Электродуговая металлизация. Менее энергозатратный способ нанесения покрытий, который используется только для нанесения антикоррозионных металлических покрытий на большие площади поверхности.

Газопламенное напыление. Самый простой и недорогой метод в плане внедрения и эксплуатации. Используется для защиты от коррозии крупных площадей поверхности и восстановления геометрии деталей.

Напыление с оплавлением. Используется в тех случаях, когда нет риска деформации деталей или такой риск оправдан. Метод металлургически связывает покрытие с основанием.

Погружение в расплав

При использовании данного метода подразумевается окунание детали в расплавленный метал, в роли которого выступает олово, цинк, алюминий, свинец. Перед погружением поверхности следует обработать флюсом, который состоит из хлорида аммония (52-56 %), глицерина (5-6 %) и хлорида покрываемого металла. Такая предварительная обработка позволяет защитить расплав от окисления, а также удалить солевые и оксидные пленки.

Данный метод не слишком экономичен, так как расходуется большое количество наносимого металла, неравномерность толщины покрытия, а также невозможность нанесения в узкие зазоры и отверстия, например, на резьбу и т.д.

Термодиффузионное покрытие

Данный вид обработки поверхностей является анодным по отношению к черным металлам, и обеспечивает электрохимическую защиту стали. Покрытие обладает высокой адгезией с основой, в процессе эксплуатации не отслаивается. Оно также обладает высокой стойкостью к механическим нагрузкам и деформации.

Термодиффузионный метод позволяет добиться однородного по толщине слоя даже на деталях сложных форм. Кроме этого такое покрытие очень устойчиво к коррозии и не вызывает водородного охрупчивания металла. В качестве наносимого материала выступает цинк.

Плакирование

Данный метод представляет собой нанесение на поверхности деталей равномерного слоя металла при помощи пластичной деформации и сильного сжатия. Основу технологии составляет холодное сваривание. Чаще всего таким образом создают защитные, контактные или декоративные покрытия на деталях из стали, меди, алюминия и их сплавов.

Плакирование производится при помощи технологий прокатки, экструзии, штамповки, сваривания взрывом.

Износостойкие покрытия

Износостойкие покрытия - металлические и неметаллические покрытия, отличающиеся износостойкостью в условиях контактного трения. По способу нанесения различают износостойкие покрытия:

Термодиффузионные покрытия образуются вследствие диффузии металла из внешней среды в поверхностный слой основного металла. Процесс осуществляют в порошках, расплавах солей, газовой среде, а также термодиффузионной наплавкой. Гальванические покрытия получают электролизом в растворе или расплаве солей. Для нанесения металлизационных покрытий, образующихся при схватывании расплавленных металлических частиц с поверхностью основного металла, прибегают преимущественно к электродуговому, плазменному или детонационному способу. Химические покрытия наносят осаждением металла на поверхность изделия. Горячие покрытия получают, погружая изделие в расплавленный металл.

Наиболее широко используют термодиффузионные и гальванические покрытия, к которым относятся хромирование, борирование, цементация, азотирование и сульфидирование. Хромирование – осаждение на поверхности металлических изделий хрома. Борирование – насыщение поверхностного слоя бором. Цементация –диффузионное насыщение углеродом поверхностного слоя стальных изделий. Азотирование (нитрирование) – насыщение поверхностного слоя металлических изделий азотом. Сульфидирование – создание на поверхности металлических изделий сульфидной пленки для повышения их гидрофобных свойств (защита от действия воды).

Твердое хромирование дает возможность значительно повысить износостойкость изделий. Если необходимо уменьшить коэффициент трения, применяют пористое хромирование, при котором предварительно полученное хромовое покрытие подвергают анодному травлению в электролите, а затем шлифованию. Температура процесса 50-60 °С, плотность тока 40-50 А/дм 2 , продолжительность анодного травления 5-10 мин. При хромировании в поверхностной зоне образуется тонкий (0,02-0,04 мм) карбидный слой (CrFe)₂₃С₆, обусловливающий ее износостойкость (рисунок 19.2).


Рисунок – 3.3 19.3 Микроструктура борированного слоя на изделиях из стали марки Ст.45 (а), стали марки Х17Н2 (б) и среднеуглеродистой стали, борированной методом оплавления (в), ×200

Борирование повышает абразивную износостойкость изделий. Глубина борированного слоя обычно не превышает 0,15 мм, твердость (НV) достигает 1400-1550, а микротвердость 1800-2000 кгс/мм 2 . Борирование осуществляют в газовых и жидких средах, в порошкообразных смесях, электролизное борирование - в расплаве буры (рисунок 19.3). Износостойкость бори-рованных слоев на 40-50 % выше, чем цементованных. В условиях абразивной эрозии металлов борирование повышает износостойкость изделий из углеродистых сталей в 3-3,5 раза.

Цементация обеспечивает высокую износостойкость вследствие обогащения поверхностного слоя изделия из низкоуглеродистой и легированной стали углеродом до эвтевктоидной или заэвтектоидной концентрации (рисунок 19.4). Так, износостойкость стали марок 1X13 и Х17Н2 близка к износостойкости азотированной стали марки Х8МЮА.

Азотирование - наиболее эффективный способ повышения износостойкости аустенитных нержавеющих сталей (рисунок19.5).

Износостойкость азотированной стали в 1,5-4 раза выше износостойкости закаленных высокоуглеродистых цементованных, цианированных и нитроцементованных сталей. К тому же азотирование повышает сопротивление схватыванию металлов в процессе трения.

При сульфидировании в твердой среде предусматривается получение активной серы и диффузия ее в поверхностные слои изделия. В условиях сухого трения износостойкость чугуна, обработанного (температура 930 °С, продолжительность 5-6 ч) в смеси сернистого железа (94 %), хлористого аммония, желтой кровяной соли (3 %) и графита (3 %), увеличивается в 39 раз по сравнению с износостойкостью несульфидированного чугуна.


Рисунок3.4 19.4 Микро-структура Ст.15 после це-ментации и медленного охлаждения. ×200.	Рисунок 3.5 Микро-структура Ст.15 после це-ментации и закалки. ×200.	Рисунок – 3.6 19.8 Микро-структура керамического покрытия Al₂O₃ на стали, нанесенного плазменным напылением. ×160

Ванадирование и ниобирование придают стали высокую износостойкость, но эти процессы (вследствие высокой стоимости) применяют относительно редко, хотя износостойкость ванадированной стали во много раз больше, чем закаленной стали и стали, подвергнутой диффузионному хромированию.

Износостойкость и коэффициент трения чугуна, стали и цветных сплавов улучшают также сурьмированием. В условиях сухого трения сурьмирование почти вдвое повышает износостойкость стали Ст.45, уменьшая на 40 % коэффициент трения в паре с цементованной сталью марки 30ХГТ.

Металлизационные покрытия (толщиной не менее 0,5 мм) наносимые напылением, состоят из тонких слоев металла, разделенных оскидами и большим количеством пор. При трении со смазкой поры, удерживая масло, улучшают смазывание трущихся поверхностей, обеспечивая высокие антифрикционные свойства и износостойкость. В условиях сухого трения металлизационные покрытия обладают низкой износостойкостью.

Электродуговой способ используют для нанесения металлизационных покрытий на изделия, эксплуатируемые в условиях трения скольжения при высоком давлении и небольшой скорости. Плазменное напыление позволяет наносить в виде покрытия любое вещество, плавящееся с образованием жидкой среды и не разлагающееся при перегреве. Этот метод дает возможность наносить износо- и эрозионностойкие покрытия составов: 88 % Со и 12 % WC; 98 % Al₂О₃, 0,5 % SiО₂ и 1,5 % др. окислов; 60 % Al₂О₃ и 40 % ТiO₂. Для повышения износостойкости в них вводят различные волокна. При детонационном способе используют энергию взрыва смеси газов, обеспечивающую лучшую прочность сцепления, чем при плазменном напылении (90-120 МПа). Этим способом создают покрытия из металлических и керамических материалов.

К химическим относятся покрытия карбидные, боридные и силицидные. Покрытия карбидного типа осаждают на нагретую поверхность из газовой смеси летучих хлоридов, водорода и углерода. Так, карбид титана осаждают из газовой смеси, полученной насыщением водорода сначала толуолом при температуре – 15 °С, а затем парами четыреххлористого титана при температуре 20 °С. Осаждение ведут при температуре 1300-1700 °С. Сталь марки У8, покрытая карбидами титана, обладает износостойкостью в условиях абразивного изнашивания в два раза выше, чем спеченный карбид титана. Осаждение боридных покрытий чаще всего осуществляют восстановлением водородом летучих хлоридов соответствующих металлов и хлоридов или бромидов бора. Силицидные покрытия осаждают из газовой среды, состоящей из водорода, хлорида металла и галогенида кремния (обычно SiCl₄). Микроструктура силицидного покрытия представлена на рисунке 19.6.

Керамические покрытия

Керамическими покрытиями называются кристаллические оксидые покрытия, наносимые на поверхность металлических и неметаллических изделий для защиты их от разрушающего действия окружающей среды. Керамические покрытия повышают химическую, термическую и механическую стойкость поверхности изделий в условиях эксплуатации. Различают керамические покрытия высокотемпературные (используемые при температуре выше 800 °С) и низкотемпературные (эксплуатируемые при температуре до 800 °С).


Рисунок – 19.6 Микроструктура сили-цидного покрытия на молибдене, нанесенного из газовой фазы: А – слой MoSi₂; Б – слой Mo₅Si₃; В – молибден, ×200.	Рисунок – 19.7 Микроструктура алити-рованного слоя никеля (температура 950 °С, выдержка 25 ч): А – NiAl (~ 32–36 % Al, H₂₀ ~ 800 кгс/мм 2 ); Б – NiAl (~ 22–28 % Al, H₂₀ ~ 520 кгс/мм 2 ); В – Ni3Al (~ 14 % Al, H₂₀ ~ 400 кгс/мм 2 ); Г – Ni, ×300.

По составу керамические покрытия бывают:

- полиоксидные, содержащие два и более оксидов.

Полиоксидные керамические покрытия часто содержат в исходном составе оксиды, которые в процессе закрепления или эксплуатации образуют химические соединения постоянного (MgO, Аl₂О₃) или переменного (MgO · nАl₂О₃, mАl₂О₃ · nСr₂О) состава. Керамические покрытия бывают также стеклокерамические и керамико-металлические, в которых основой (наполнителем) служат тугоплавкие кристаллические оксиды, а связкой - стекла или различные металлы. Свойства таких покрытий определяются свойствами исходных компонентов, особенностями их взаимодействия, поверхностной энергией и смачиванием твердых оксидов (основы) расплавами стекла или металла (связки).

В зависимости от размеров, формы и назначения изделий, а также свойств наносимого материала керамические покрытия получают эмалированием, шликерным способом (нанесением и сплавлением водной суспензии шликера), газопламенным и плазменным напылением (рисунок 19.8), осаждением из газовой фазы, погружением изделия в жидкие металлы с последующим их окислением. Для получения покрытий шликерным способом из измельченных до нужной дисперсности материалов покрытия и классифицирующих веществ (2-5% глины или бентонита) готовят в шаровых мельницах шликеры, которые наносят на поверхность погружением в них изделий, пульверизацией или электростатическим напылением. 3атем изделия высушивают при температуре 100 –120 °С, а далее подвергают обжигу до температуры, при которой шликерное покрытие оплавляется. Обжиг производят в печах сопротивления, где заранее создают требуемую температуру, или с помощью индукционного нагрева. Температура обжига зависит от состава покрытия и температуры плавления покрываемого материала, а его продолжительность, определяемая экспериментально, - от размеров и формы изделия. При всех условиях температура обжига должна быть на 200-500 °С ниже температуры плавления покрываемого металла. Шликерным способом чаще всего наносят стеклокерамические и керамико-металлические покрытия.

Для получения тонкослойных покрытий наплавлением вместо водных суспензий используют истинные растворы таких водорастворимых соединений, которые при нагревании распадаются с образованием летучих и твердых составляющих. Высокодисперсная твердая фаза отлагается на поверхности изделия и после термообработки образует защитное покрытие. Газопламенным напылением наносят покрытия, компоненты которых имеют температуру плавления ниже 1800 °С и плавятся в пламени кислородно-ацетиленовой горелки без разложения и возгонки. Оксиды Аl₂О₃, ZrО₂, MgO, Cr₂О₃ и др. наносят с помощью пистолета распылителя. Плазменное напыление имеет перед газопламенным то преимущество, что сверхвысокие температуры плазменного потока и отсутствие в нем кислорода позволяют расплавлять и наносить па поверхность изделия любые материалы независимо от их температуры плавления; при этом разложения материала покрытия и окисления поверхности изделия не происходит.

Получение керамических покрытий осаждением из газовой фазы основано на тепловом разложении летучих соединений тех металлов, оксиды которых образуют компоненты покрытия. Процесс ведется в смеси газообразных хлоридов и двуокиси углерода при наличии газa-переносчика (чаще всего Н₂):

Основное преимущество этого способа - возможность получения покрытий из тугоплавких соединений при низкой температуре, а протекание реакций на поверхности позволяет покрывать изделия любой формы.

Погружением изделия в ванну с одним или несколькими жидкими легкоплавкими металлами (чаще всего алюминием, магнием, кремнием) получают, например, покрытия из окислов Аl₂О₃ · SiО₂. Для этого изделие погружают на 10-60 сек в нагретую до температуры 1000-1300 °С ванну с 75 % Al и 25 % Si, затем оно проходит окислительную обработку и на его поверхности образуется муллитсодержащее покрытие.

Подавляющее большинство керамических покрытий обладают высокой огнеупорностью, однако они хрупки, пористы, недостаточно прочно сцепляются с покрываемыми поверхностями и весьма чувствительны к тепловым и механическим ударам. Пористость снижает защитные свойства покрытий в агрессивных газовых и жидких средах, а также в расплавах. Она ниже у стекло-керамических и керамико-металлических покрытий, которые при температуре размягчения связки становятся достаточно пластичными и менее чувствительными к тепловым и механическим ударам. Изменяя вид и количество тугоплавких оксидов в стеклокерамических покрытиях, получают защитные слои, обладающие высокой жаростойкостью, химической стойкостью, ударной прочностью, термостойкостью, электрическим I сопротивлением и др. Керамические покрытия наносят на стали и чугуны, сплавы на основе тугоплавких металлов, на графит и углеграфитовые материалы. Такие покрытия применяют в атомной энергетике, химической технологии, авиа-, ракето- и машиностроении.

Защитные покрытия

Самозатвердевающие материалы MeCaTeC® холодного нанесения - технология упрочнения поверхностей, специально разработанная для ремонта и профилактики жизненно важных деталей оборудования, для минимизации затрат на простой оборудования, а также для увеличения эффективности производства.

Быстрозатвердевающий композиционный материал на основе нержавеющей стали и титана для восстановления геометрии деталей и аварийного ремонта металлоконструкций. Разработан для защиты рабочих поверхностей от абразивного износа во всех положениях без провисания.

Быстрозатвердевающий металлический полимер с высокой термостойкостью до 250 ℃, адгезионной прочностью и химической стойкостью. Предназначен для ремонта и восстановления поверхности оборудования, работающего в химически активной среде при высоких температурах.

Коррозионностойкое полимерное покрытие, отличающееся высокой стойкостью к различным химически активным средам.

Композиционное термостойкое (до 270 ℃) покрытие со стойкостью к эрозионному износу, умеренным ударам и высокой гладкостью поверхности.

Композиционное покрытие со стойкостью к эрозионному износу, умеренным ударам и высокой гладкостью поверхности.

MeCaPrime© 10 это праймер низкой вязкости с микроволокнами, обеспечивающий отличную адгезию к холодному и влажному бетону.

Быстрозатвердевающее полиуретановое покрытие, разработанное для восстановления и защиты поверхности эластомерных (резиновых) изделий от износа и ударных нагрузок.

Высокоэффективный быстрозатвердевающий полимер MeCaFix 100 Express для аварийного ремонта металлоконструкций. Разработан для холодной сварки деталей, устранения утечек в резервуарах, трубопроводах, восстановления уплотнений, зачищенных резьб, шпоночных канавок и валов. Время полной готовности к эксплуатации - 2 часа.

Износостойкое двухкомпонентное покрытие для защиты от абразивного, эрозионного износа, и для восстановления геометрии детали.

Покрытие с высокой стойкостью к абразивному, эрозионному и ударному износу для эксплуатации в условиях высоких температур.

Универсальное химически стойкое покрытие с наполнителем в виде керамических частиц для защиты поверхности от коррозии в агрессивных средах.

Термостойкое (до 243 ℃) покрытие с высокой стойкостью к коррозии в различных химически активных средах.

Износостойкое двухкомпонентное покрытие для защиты от абразивного, эрозионного износа и для восстановления геометрии детали.

Полезная информация

Линейка полимерных материалов MeCaTeC® от компании Castolin Eutectic разработана для обеспечения идеального баланса между доступностью, легкостью применения и её эффективностью. Наша основная цель - максимально продлить срок службы нагруженных узлов и деталей.

Линейка полимерных материалов MeCaFix предназначена для ремонта преждевременно вышедшего из строя механического оборудования такого, как валы, шпоночные пазы, ролики, корпуса редукторов, резьбовые соединения, особенно, когда замена деталей в разумные сроки невозможна или может занять много времени.

Линейка MeCaWear представляет модифицированную эластомерную технологию, которая улучшает защиту к образованию трещин от ударов и при изгибе. Прогрессивные технологии Castolin Eutectic занимают лидирующие позиции на рынке среди высокотемпературных покрытий на эпоксидной основе в условиях абразивного износа.

Линейка покрытий MeCaCorr разработана для сточных вод, углеводородов, теплосетей и агрессивных сред. Это линейка высокоэффективных покрытий на керамической основе созданных для продления срока службы резервуаров, ёмкостей и трубопроводов за счёт создания защитного барьера от воздействия коррозии в самых сложных условиях эксплуатации.

Scotchkote Epoxy Coating 162CR

Химически, коррозионно- и абразивостойкое покрытие для защиты поверхностей из бетона и стали от агрессивных жидких сред

Производители

Resimac

Ремонт металла
Керамо-покрытия
Химзащита и защита от коррозии
Жидкая резина, эластомеры
Защита бетона
Защита стен
Защита от граффити
Гидроизоляция и защита кровли
Защита пола
Вспомогательные системы

Жидкое двухкомпонентное высокоэффективное эпоксидное покрытие, не содержащее растворитель. Обладает высокой адгезией к бетонным и стальным поверхностям, устойчиво к химическому, коррозионному и абразивному износу, размыванию потоками жидкости.

Цена без НДС: 12102 руб.
Упаковка: 5 кг
Назначение: Защита конструкций от агрессивных сред, химического, коррозионного и абразивного износа, разъедания потоками жидкости. Идеальное средство для защиты заградительных барьеров, резервуаров, полов и стальных конструкций. Наносится на предварительно подготовленную поверхность валиком со средним или коротким ворсом или кистью хорошего качества.

Add sticky notice Add normal notice Revome all notices -->

Описание

Состав Scotchkote Epoxy Coating 162CR предназначен для использования в качестве толстослойного внутреннего покрытия трубопроводов, емкостей, резервуаров и тому подобного оборудования, работающего в контакте со сточными водами, водными растворами химикатов, нефтепродуктами.

Совмещает легкость нанесения с высокой степенью защиты от коррозии и химической стойкостью.
Предназначен для нанесения с помощью кисти или валика в два или более слоя.
Предназначен в первую очередь для защиты стали, но также может использоваться на бетонных поверхностях совместно с соответствующей грунтовкой.
Обладает прекрасной адгезией к заранее подготовленным поверхностям.
Обладает высокой стойкостью к истиранию и механическим повреждениям, прекрасно противостоит эрозии, пригоден к использованию в контакте со шламами на водной основе.

Краткая инструкция

1. Удалите масло, смазку, плохо держащийся на поверхности материал.

2. Стальные поверхности зачистите абразивоструйным методом, доведя до стандарта NACE No. 2/ SSPC-SP10, ISO 8501:1, степень шероховатости Sa21/2. Бетонные поверхности зашлифуйте или подвергните легкой пескоструйной обработке и покройте составом Scotchkote Epoxy Sealer SP 810.

3. Нанесите состав Scotchkote Epoxy Coating 162CR слоем требуемой толщины.

4. Дайте составу затвердеть.

5. Обследуйте поверхность на предмет наличия дефектов с помощью визуального осмотра или дефектоскопа.

6. Устраните дефекты.

Подготовка поверхности

Стальные поверхности нужно зачистить абразивоструйным методом, доведя до стандарта NACE No 2/ SSPC-SP10 (уровень Near white metal), ISO 8501:1, степень шероховатости Sa21/2. Как правило, высоту профиля шероховатости в таких случаях определяет заказчик; обычно выбирается профиль в 75-100 мкм.

Бетонные поверхности следует подвергнуть легкой абразивоструйной обработке, фрезеровке или шлифовке; при этом зачистка не должна обнажать заполнитель в массе бетона. Пыль и мусор удалите, после чего покройте бетон составом Scotchkote Epoxy Sealer SP 810.

Бетон перед нанесением покрытия должен быть сухим – проверяйте поверхностную влажность с помощью специального влагомерного оборудования, например, влагомера Elcometer 7420 Digital Moisture Meter. Результаты измерения, проведенного в соответствии с инструкцией производителя, должен определить поверхность как сухую.

Смешивание

Материал состоит из двух компонентов: основы и активатора, которые для применения нужно смешать. Помешивая компонент А (основу) в емкости, понемногу добавляйте компонент В (активатор) и продолжайте размешивать до получения полностью однородной массы.

Смесь нужно использовать в течение 45 минут при температуре 20°C. При более высоких температурах это время будет меньше, при более низких – больше.

Нанесение

Не наносите состав на поверхности с относительной поверхностной влажностью свыше 85%, или поверхности с температурой менее чем на 3°C выше точки росы. Минимально допустимая температура для нанесения смеси и ее последующей полимеризации – 5°C.

Состав Scotchkote Epoxy Coating 162CR был разработан с расчетом на нанесение кистью или валиком. Для этого следует использовать кисти хорошего качества или валики с короткими или средним ворсом. Наносить состав нужно слоем однородной толщины; наилучшие результаты достигаются, когда температура как поверхности, так и самого материала выше 15°C.

Сразу после завершения работ в обязательном порядке протрите все оборудование растворителем Scotchkote Thinners SA65.

Характеристики

Основа	Вязкая цветная жидкость
Активатор	Прозрачная янтарная жидкость

При температуре	Т°20С
Время использования	45 минут
Сухой на ощупь	3-4 часа
До нанесения следующего слоя, минимум	3-4 часа
До нанесения следующего слоя, максимум	48 часов
Полная полимеризация	7 дней

Твердый остаток по объему	100%
Содержание летучих органических веществ	нет

Срок годности	Использовать в пределах 5 лет после приобретения.
Хранение	Хранить в заводской упаковке при температуре от 5˚С до 32˚С.

Сопутствующие товары

Scotchkote Epoxy Sealer SP 810

Эпоксидный состав для грунтовки пола, создания уплотняющих и заполняющих покрытий

Примеры решений

Защита бетонного пола

Бетонный пол на химическом производстве сильно пострадал от утечек реагентов.

Ремонт газохранилища

Резервуар газохранилища сильно пострадал от коррозии и нуждался в ремонте.

Защита бетонного возвышения

Бетонное возвышение на разгрузочной площадке химической компании было повреждено и нуждалось в защите.

Ремонт щебнераспределителя

Бункер дорожного щебнераспределителя был поврежден солью и щебнем, используемыми для защиты дорог от обледенения.

Защита винта

Необходимо было защитить поврежденный коррозией винт на станции очистки сточных вод.

Реконструкция пола под насосами

Участок пола в цехе пострадал от утечек химикалий из насосов.

Защита бетонных ограждений

Бетонные ограждения вокруг резервуара с дизельным топливом протекли, и их целостность надо было восстановить.

Защита ограждений цистерн

Бетонные ограждения вокруг цистерн с газойлем на предприятии нуждались в срочном ремонте.

Читайте также: