Разработка и применение покрытий вызваны следующими при­чинами. В ряде случаев задача защиты детали вообще не может быть решена без использования покрытий. Например, нельзя ис­пользовать детали из тугоплавких металлов (молибдена, вольфра­ма) и сплавов на их основе при высоких (1070 К) температурах в окислительных средах без защиты их поверхности от разрушения. Кроме того, покрытия позволяют существенно увеличить срок служ­бы изделий. А также позволяют заменить дорогие и дефицитные материалы более доступными и простыми без снижения их эксплуа­тационных свойств.

Кроме специфических требований, обусловленных условиями эксплуатации, есть ряд общих требований, которые предъявляют­ся почти ко всем типам покрытий. К ним относятся плотность и сплошность покрытий, предотвращение проникновения жидкой или газовой агрессивной среды к поверхности защищаемого материала, совместимость с материалом основы.

Основными методами получения покрытий из порошковых мате­риалов являются наплавка, напыление, припекание.

Напыление - это процесс получения покрытий путем нагрева частиц материала до высокопластического или расплавленного состояния и переноса их горячей струёй газа на обрабатываемую по­верхность.

В зависимости от источника энергии существующие методы и аппараты для напыления можно разделить на газопламенные, плаз­менные, электродуговые и др. Достоинства напыления: почти пол­ное отсутствие термодеформаций и искажения геометрических раз­меров заготовки, простота нанесения покрытий на конструкции сложной конфигурации, малый вес и небольшие размеры оборудова­ния и др.

Для нанесения толстых (от долей до нескольких миллиметров) покрытий применяют наплавку. Для нее характерно то, что поверх­ностный слой покрываемого изделия расплавляется на определенную глубину и смешивается с наплавленным материалом. Преимущества наплавки - широкий ассортимент применяемых материалов, высокая производительность, возможность получения толстых покрытий, что важно для восстановления деталей с большим допустимым износом. Недостатком является разупрочнение материала основы в результа­те проплавления на большую глубину, что очень нежелательно.

Припекание - процесс получения покрытий из металлических порошков, который заключается в нанесении на поверхность дета­ли порошкового слоя и нагрева его до температуры, обеспечиваю­щей спекание порошкового материала и образование прочной диффу­зионной связи с деталью. Принципиально важно, что покрытие в процессе нанесения практически не расплавляется.

Остановимся подробно на методе припекания.

Когда материал подвергается нагрузке, в нем происходит диффузия, тем более активная, чем выше температура. Металл сос­тоит из зерен, которые деформируются под действием силы. В лю­бом кристалле содержатся дефекты в виде вакансий.

Текучесть жидкости объясняется тем, что жидкость пронизана вакансиями и, прилагая к жидкости силу, заставляем диффузию протекать: атомы занимают вакансии, которые перемещаются соот­ветственно. Происходит это в направлении силы и во всем объеме.

В результате приложения силы к металлу, возникает ускорен­ная диффузия между источниками и стоками вакансий (т.е. между теми местами, где вакансий много и теми где их мало). Такими источниками являются границы зерна. Единого потока диффузии, как в жидкости нет, так как каждое зерно деформируется по-сво­ему. Поэтому коэффициент вязкости металла зависит не только от коэффициента диффузии, но и от структуры металла. Если зерно крупное, то - увеличивается, если зерно мелкое, то -уменьшается ( - коэффициент вязкости). Итак, в результате протекания множества диффузионных микропотоков, порошок припе­кается к поверхности детали.

Процессы припекания очень неоднородны во времени и в про­странстве.

На протяжении процесса изменяется, так как структура металла нестабильна, т.е. зерна меняют свою конфигурацию - мел­кие зерна поглощаются крупными.

Чтобы на поверхности детали получился прочный слой, хорошо сцепленный с основой, необходимо активирование поверхности де­тали, порошка или того и другого вместе.

Технологически наиболее доступными и эффективными счита­ются следующие процессы активирования:

химическое - введение специальных добавок, уменьшающих окисление и разрушающих окисные пленки;

температурное - ускоренный нагрев, введение присадок, сни­жающих температуру плавления на контактах;

силовое - необходимое для получения надежного контактиро­вания.

Температурное активирование заключается в ускоренном нагре­ве, который сопровождается повышением активности диффузионных процессов, в создании на некоторое время локальных температур, превышающих температуру плавления, и в снижении температуры появления жидкой фазы за счет присадок.

Теория процессов спекания и припекання активно развивает­ся вот уже около 40 лет, совершенствуются порошковые технологии. За ними большое, перспективное будущее.

ВЫВОДЫ

1. Систематизирован материал по литературным источникам по­следних лет по температурному активированию припекания порошковых покрытий.

2. Построена 3-х параметрическая модель припекаемой вязкой пористой среды.

3. Выполнены приближенные расчеты кинетики припекания поро­шкового слоя в рамках построенной модели; результаты при­ведены в соответствие с экспериментами ИНДМАШ АН Беларуси для порошка ПГ-СР4.

4. Полученное уравнение кинетики припекания может служить основой дальнейших экспериментов по температурному акти­вированию процессов припекания различных порошков.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория упругости. - М., Наука, 1965.

2. Алинзаде Ю.А. Теория упругости. - М., Высшая школа, 1976.

3. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Жорник А.И. Получение пок­рытий методом припекания. - М., Наука и техника, 1980.

4. Ковальченко М.С., Теоретические основы горячей обработки пористых материалов давлением. - Киев, Наукова думка, 1980.

5. Скороход В.В. Реологические основы теории спекания. - Киев, Наукова думка, 1972.

6. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Кашинын Л.П. Теоретические основы получения деталей с припеченным слоем. - Докл. АН БССР, 1974, т. 18, № 5.

7. Абрамович Т.М., Меленевский И.П., Ройзенвассер Л.С., Ста­ровойтова Л.А. Исследование кинетики уплотнения припекае­мых покрытий из металлических порошков. - В кн. Повышение надежности и долговечности деталей машин, механизмов и свар­ных конструкций. - Мн, Бел. НИИНТИ, 1982.

8. Дорожкин Н.Н., Абрамович Т.М., Ярошевич В.К. Импульсные методы нанесения порошковых покрытий. - Мн., Наука и тех­ника, 1985.

9. Федорченко И.М. Современные тенденции в развитии порошковой металлургии. - Порошковая металлургия, 1985.

10. Абрамович Т.М., Симонов Ю.А., Дорожкин Н.Н., Дьяченко О.В. Кинетика уплотнения плазменно напыленного порошка системы Fe-Cr-B-Si оплавленного лазерным лучом. – Сборник научных трудов 9 Международной конференции «Математические модели физических процессов», Таганрог, изд. ТГПИ, 2003 г.