При електродуговій металізації утворення потоку напилюваних час­ток відбувається за рахунок плавлення матеріалу, який розпилюється багатоамперною дугою, та диспергування його швидкісним струменем газу (рис. 4.4).

Цей процес в основному використовується для напилення корозій­ностійких та зносостійких покриттів з металів. Можливо отримання біме­талічних покриттів псевдосплавів, а також покриттів зі спеціальними властивостями при використанні дротів з різних матеріалів або порош­кового дроту, який складається з металевої оболонки та порошкової серцевини.

При електродуговій металізації площа активних плям на електро­дах обмежена невеликим діаметром дроту, який використовується для напилення. Горіння відбувається в умовах дії потужного швидкісного струменю газів. Це обумовлює стиснення стовпа дуги. Особливістю го­ріння дуги є непостійність її довжини.

Теплота, яка виділяється на катодній і анодній плямі, практично по­вністю витрачається на плавлення електродного дроту. Значна частина теплоти стовпа дуги витрачається на розігрівання розпилюючого газу. При нагріванні дугою торців електродів фронт їх плавлення орієнтуєть­ся під кутом до осі дроту.

• Основними характеристиками електродугового напилення є висока продуктивність процесу, яка може досягати 50 кг/год та високий енерге­тичний ККД розпилення, який може бути 0,7...0,9.

Завдяки великим значенням ентальпії напилюваних часток можна отримати покриття з достатньою адгезійною та когезійною міцністю.

При електродуговому напиленні необхідно враховувати інтенсивну взаємодію часток з активною газовою фазою, що призводить до наси­чення напилюваного металу киснем, азотом, великого вмісту оксидів у покритті. До недоліків можна віднести необхідність використання для напилення тільки дротяних матеріалів.

Якість покриття можна підвищити за рахунок ведення процесу в ізольованій камері із захисною атмосферою або розпилення металу за­хисними газами та додаванням пального газу до повітря. Перспектив­ним у цьому плані є використання камер з низьким вакуумом.

Найбільше поширення для напилення покриттів отримала двоелек - тродна схема напилення.

Трьохелектродна схема напилення використовувалася тільки у до­слідних установках. При цій схемі електродний дріт розташовується по утворюючим зрізаного конусу під кутом 120° (при двохелектродній 180°). Для живлення використовують трьохфазний змінний струм. На кожний електрод подається окрема фаза.

Для отримання корозійностійких покриттів використовуються алю­мінієвий або цинковий дроти. Для зносостійких покриттів напилюють різні сталі, бронзи або композиційні покриття з різних металів.

Антифрикційні алюмінієво-сталеві, мідно-сталеві та мідно-свинцеві та інші псевдосплави можна отримати при використанні двох дротів з різних матеріалів або за рахунок використання плакованих дротів.

л Технологічними параметрами, що визначають процес електродуго­вого напилення, є:

- електричний струм дуги, А

- напруга, В;

- діаметр дроту, мм і його матеріал;

- швидкість подачі дроту, м/хв;

- витрати розпилюючого газу, м3/год;

-дистанція напилення, мм;

- швидкість переміщення металізатора відносно виробу, м/хв або мм/об;

- число обертів циліндричної деталі, об/хв

- кут перетинання електродів, град.

Найбільш важливими параметрами режиму електродугового напи­лення є потужність дуги та витрати розпилюючого газу.

Потужність дуги визначається величиною електричного струму та напругою. Як правило, напруга не є параметром, який регулюється. Во­на визначається вольт-амперною характеристикою джерела живлення та знаходиться в межах 18...35 В.

Дуга є саморегулюючою системою, в якій, залежно від швидкості подачі дроту, змінюється кут, швидкість плавлення, яка і визначає струм дуги. Тому, регулюючи швидкість подачі дроту, встановлюють необхідну величину потужності за допомогою зміни сили електричного струму, який у практиці електродугової металізації, як правило, знаходиться в межах 80...600 А. При цьому потужність дуги знаходиться в межах від 5 до 20 кДж.

Збільшення тиску газу і його витрати призводить до росту швидко­сті струменя і його розпилюючих властивостей. Необхідно прагнути до надзвукових швидкостей течії струменя з мінімальним перепадом тиску на зрізі сопла. При цьому полегшується евакуація розплавленого мета­лу з поверхні плавлення дроту, його диспергування і збільшення швид­кості часток. На практиці тиск розпилюючого газу знаходиться у межах 0,35...0,55 МПа, а його витрати - 50...150 м3/год. Форма і розміри сопла мають великий вплив на формування струменя. В основному викорис­товують циліндричні сопла діаметром 3...6 мм.

Частіше за все циліндричні сопла працюють у режимі “недорозши - рення”. Статичний тиск газу на зрізі сопла вище атмосферного. У такому разі струмінь дорозширюється за межами сопла. Такий режим роботи належить до нерозрахункових. В умовах "недорозширення’’ ефективна довжина струменя знижується, а її розпилюючі властивості погіршують­ся. Цей недолік можна послабити використуванням профільованих со­пел з перемінним перерізом з розширенням. У розширеній конічній частині діаметр досягає dc = 6,5...8,5 мм. Загальна довжина сопла стано­вить ЗО...50 мм. Недоліком циліндричних сопел є вплив дроту на харатер витікання розпилюючого потоку, особливо на ступінь його турбулентності. Причому зі збільшенням діаметра дроту підвищується турбулізація роз­пилюючого струменя.

Діаметр дроту, який розпилюється, визначається залежно від техніч­них характеристик металізатора, що використовується для напилення і з урахуванням стандартної номенклатури діаметрів дроту. Частіше за все діаметр дроту вибирають у межах 1,0...3,0 мм. При максимальних діа­метрах більша турбуленізація струменя. При малих діаметрах дроту процес напилення ускладнюється завдяки блуканню кінців дроту, який плавиться в умовах високої швидкості подачі.

Швидкість подачі дроту вибирають максимальну для встановленого режиму роботи розпилювача. У практиці електродугового напилення швидкість подачі дроту береться 0,05...0,35 м/с. При цьому продуктив­ність напилення становить 2...50 кг/год.

На формування струменю напилюваних часток впливає також кут схрещення електродів. При малих кутах часто утворюються два потоки часток з кожного дроту. Великі кути ускладнюють конструктивне виконан­ня розпилювача. На практиці оптимальний кут вибирають біля 30°. Для зменшення турбулізації потоку іноді один дріт подають співвісно потоку.

Суттєвий вплив на процес електродугового напилення справляє довжина вильоту дроту від контактного пристрою. Зі збільшенням ви­льоту інтенсифікується виділення джоулевої теплоти. Особливо це ха­рактерно для металів з підвищеним питомим електричним опором {сталь, титан, нікель тощо). Для цих металів швидкість плавлення дроту збільшується на 10...20%. Збільшення вильоту призводить до небажа­ного блукання торців дроту. Величина зміщення дроту в процесі його розпилення повинна бути D < су4.

На процес розпилення впливає також конструкція контактних при­строїв. Зі збільшенням довжини контакту зменшується сумарне падіння напруги. Сумарне падіння напруги обмежується 0,8...1,0 В на 1000 А. Найкращі конструкції забезпечують 0,2...0,3 В на 1000 А.

На міцність зчеплення та пористість впливає розмір часток, які утво­рюються при розпиленні дроту. Чим менше розмір часток, тим ці показ­ники кращі. З підвищенням струму середній розмір часток зменшується.

При великих витратах розпилюючого газу, на порядок більших ніж при плазмовому напиленні, температура по осі струменя та в його пе­рерізах швидко падає завдяки турбулізації потоку схрещеними електро­дами. Тому додаткового нагрівання розпилених часток на початковій ділянці струменя не відбувається, а на основній ділянці частки охолод­жуються.

Швидкість розпилюючого струменя максимальна на зрізі сопла і згід­но Із законом затоплених струменів зберігається постійною у межах поча­ткової в исокош вид кісної дільниці, де відбувається зривання з фронту плавлення рідкого металу та його диспергування. На цій дільниці частки отримують велике прискорення.

Для вуглецевих сталей більшість часток має діаметр ЗО...50 мкм. Для інших металів 10...100 мкм.

Поблизу поверхні швидкість часток і струменя приблизно однакова, біля 50... 150 м/с.

До основних параметрів електродугового напилення належить та­кож дистанція напилення, яка становить 60...150 мм, швидкість перемі­щення плями напилення, яка знаходиться у межах 3,0...5,0 м/хв.

Незважаючи на те, що у низькотемпературній основній частині га­зового струменя температура часток швидко падає завдяки перегріву металу при плавленні та високим швидкостям потоку часток, абсолютна більшість часток попадає на поверхню основи у розплавленому стані. Особливо частинки розмірами 40... 100 мкм.

Висока продуктивність розпилення визначає великі щільності пото­ку напилюваних часток: 103...105 часток/см'с.

Найбільш характерні показники якості покриття для електродугово­го напилення наведені у таблиці 4.3.