Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
При этом методе цинкования в качестве источника тепла используется смесь кислорода и горючего газа, в качестве которого чаще всего применяют ацетилен, а рейсе — пропан или водород. При этом протекает ряд последовательных химических реакции:
Из приведенных химических реакций следует, что для полного сгорания 2 моль ацетилена необходимо 5 моль кислорода. Однако на практике обычно подают в газопламенный аппарат смесь ацетилена и кислорода с соотношением 1:1, так как в химических реакциях окисления окиси углерода и водорода, протекающих на периферийных участках факела, участвует также кислород воздуха [(реакции (67) и (68)]. На выходе из сопла протекают реакции (65) и (66), благодаря чему в начальном участке факела образуется неокислительная среда. Температура факела при газопламенном напылении покрытий составляет 1500—3150 °С.
Схема проволочного газопламенного металлизатора приведена на рис. 38, а. При проволочном или прутковом напылении цинк подается через центральное отверстие горелки, расплавляется в обтекающем его пламени и сжатым воздухом напыляется на покрываемое изделие. Проволоку или пруток подают в металлизатор с помощью приводного шестеренчатого механизма или работающей на сжатом воздухе турбиной. В последнее время для более точной регулировки скорости подачи напыляемого материала чаще используют редукционные механизмы подачи, особенно в стационарных металлизаторах, применяемых в поточных линиях цинкования металлоконструкций, проката и труб. В ручных металлизаторах обычно используется цинковая проволока диаметром 1,5—2,5 мм, а в стационарных — до 5 мм.
Схема порошкового газопламенного металлизатора приведена на рис. 38, б. Цинковый порошок или смесь цинка с наполнителями или легирующими добавками подается в металлизатор из верхнего бункера и транспортируется через сопло горючей смесью или сжатым воздухом. Попадая затем в горящий факел, порошок напыляемого материала расплавляется и напыляется на покрываемое изделие. Обычно применяется порошок цинка размерами 100—300 мкм.
В современных порошковых газопламенных аппаратах порошок цинка подается из бункера не по одной, а сразу по 4—5 трубам, в промежутках между которыми расположено такое же количество трубок для горючей смеси. Снаружи такое сопло закрыто кожухом с кольцевой щелью, через которую подается сжатый воздух для формирования требуемой формы факела распыления. Производительность таких металлизаторов в несколько раз выше однотрубных и в ряде случаев достигает 50 кг цинка в час. Эффективность процесса газотермического напыления зависит от целого ряда технологических факторов, основными из которых являются распределение температур и скоростей частиц цинка в факеле, размер, форма и степень их проплавления, состав газа в зоне напыления, температура подложки и расстояние напыления. Эти технологические параметры определяют структуру, химический состав и свойства напыляемых частиц цинка и степень их взаимодействия с покрываемой поверхностью. Температура в факеле газопламенной горелки зависит от типа применяемой горючей смеси и быстро падает по мере удаления от торца сопла. Причем, в металлизаторах с распыляемым материалом в виде проволоки градиент температур вдоль оси факела значительно выше, чем в порошковых металлизаторах (рис. 39). Ниже приведены данные о температуре факела горючих смесей различных типов:
При одинаковой температуре в устье факела (2500—2600°С) температура газовой струи на расстоянии 100—150 мм снижается до 1900—1400°С у порошковых и 500—400°С — у проволочных металлизаторов. Более низкая температура факела в проволочном газопламенном металлизаторе связана с подачей в пламя горелки холодной струи негорючего сжатого воздуха. Вместе с тем, частицы цинка, образующиеся при прутковом и проволочном напылении, имеют большую температуру и скорость (рис. 39 и 40), чем при порошковом напылении, поскольку в проволочном металлизаторе цинк полностью расплавляется. При этом скорость частиц цинка в любой точке факела в 3—4 раза выше, чем при порошковом напылении. Так, при соударении с покрываемой поверхностью скорость частиц цинка при проволочном напылении составляет 130—150м/с, в то время как при порошковом 30—50 м/с. Все это обеспечивает более высокую адгезию цинкового покрытия с основой.
Поскольку температура газового потока вдоль центральной оси факела резко изменяется, меняется и состав газа на различных участках факела. Состав рабочей среды на различных участках факела может быть нейтральным, окислительным и восстановительным. Это оказывает большое влияние на свойства получаемых цинковых покрытий.
На рис. 41, а, б показано изменение состава газа в зависимости от расстояния от среза сопла порошкового и проволочного газопламенных металлизаторов. Химический состав факелов металлизаторов значительно отличается. При порошковом напылении на расстоянии до 100 мм от среза сопла кислород в факеле практически отсутствует, т. е. среда факела является восстановительной, что предотвращает окисление частиц цинка при распылении. В факеле проволочного металлизатора состав газа почти не отличается от состава атмосферного воздуха, среда является окислительной и создаются условия для окисления частиц цинка. Однако окисление частиц цинка не оказывает отрицательного влияния на свойства цинкового покрытия за исключением случая, когда вслед за напылением цинка производится его термическая обработка. В этом случае избыточное количество оксидов в покрытии может препятствовать диффузии цинка в металлическую основу. Поэтому, когда требуется термическая обработка покрытия, его напыление необходимо проводить при минимальном расстоянии сопла металлизатора от поверхности покрываемого изделия. При этом также образуются менее пористые цинковые покрытия, так как с уменьшением расстояния напыления их пористость (рис. 42) и газопроницаемость (рис. 43) уменьшаются.
Кроме окисления может происходить изменение химического состава напыляемого покрытия. В частности, при напылении сплавов наблюдается выгорание легирующих компонентов. Поэтому при проволочном газопламенном и электродуговом напылении сплавов цинка обычно применяют проволоку с более высоким содержанием легирующих компонентов.
Промышленные установки для газопламенного напыления независимо от состояния напыляемого материала (пруток, проволока, порошок) практически одинаковы и отличаются только узлами подачи напыляемого материала в пламя горелки металлизатора. В этих установках из ацетиленового и кислородного баллонов через расходомер в металлизатор подается горючая смесь. Туда же через компрессор, теплообменник, ресивер, влаго- и маслоотделители и расходомер подается сжатый воздух давлением 0,5—0,8 МПа. При проволочном напылении в состав установки металлизации обычно входят рабочие и запасные бухты проволоки, при порошковом — бункер для порошка.
- Цинкование напылением (металлизация цинком)
- Микрорассеивающая способность электролитов. Шероховатость, выравнивание поверхности цинковых покрытий
- Рассеивающая способность электролитов цинкования и толщина покрытия
- Прочность сцепления электролитических цинковых покрытий
- Пластичность, твердость и прочность электролитических цинковых покрытий