Processus de pulvérisation thermique

 

La pulvérisation explosive est une méthode dans laquelle l'oxygène et l'acétylène gazeux sont mélangés dans un certain rapport dans une chambre de combustion spécialement conçue, puis explosés pour chauffer et faire fondre la poudre et amener les particules à frapper la surface de la pièce à grande vitesse pour former un revêtement. .

 

 

La pulvérisation explosive est une méthode dans laquelle l'oxygène et l'acétylène gazeux sont mélangés dans un certain rapport dans une chambre de combustion spécialement conçue, puis détonés pour chauffer et faire fondre la poudre et amener les particules à frapper la surface de la pièce à grande vitesse pour former un revêtement. .La plus grande caractéristique de la pulvérisation explosive est la vitesse de vol élevée et l'énergie cinétique élevée des particules. Le revêtement par pulvérisation explosive présente donc les caractéristiques suivantes : Premièrement, la force de liaison entre le revêtement et la matrice est élevée.Deuxièmement, le revêtement est dense et présente une très faible porosité.Troisièmement, la rugosité de surface du revêtement est faible après traitement.Quatrièmement, la température de surface de la pièce est basse.Lors d'une pulvérisation explosive, lorsque la teneur en acétylène est de 45 %, le mélange oxygène-acétylène peut produire une température de combustion libre de 3 140 °C, mais elle peut dépasser 4 200 °C dans des conditions explosives, de sorte que la plupart des poudres peuvent fondre.La distance sur laquelle la poudre est transportée dans le pistolet à grande vitesse est beaucoup plus grande que celle du pistolet à plasma, ce qui explique également la vitesse élevée des particules.La pulvérisation explosive peut pulvériser des matériaux métalliques, cermet et céramiques.Cependant, en raison du prix élevé de l’équipement, du bruit fort, de l’atmosphère oxydante et d’autres raisons, il n’est pas largement utilisé dans le pays et à l’étranger.La pulvérisation explosive la plus réussie au monde est le brevet obtenu par la succursale Linde de l'American Union Carbide Company en 1955. Dans notre pays, vers 1985, l'Institut de recherche sur les matériaux aérospatiaux du ministère de l'Industrie aérospatiale de Chine a développé avec succès la pulvérisation explosive. équipement.En termes de performances de revêtement Co/WC, les performances de pulvérisation sont proches du niveau d'Union Carbide aux États-Unis.

 

 

La plus grande caractéristique de la pulvérisation explosive est que l'énergie thermique d'une explosion soudaine est utilisée pour chauffer et faire fondre le matériau pulvérisé, et la haute pression générée par l'onde de choc de l'explosion est utilisée pour pulvériser le matériau en poudre pulvérisé à grande vitesse sur la surface de le substrat de la pièce à usiner pour former un revêtement.Ses principaux avantages sont les suivants.

(2) Les dommages thermiques à la pièce sont faibles.Étant donné que la pulvérisation explosive est de type impulsionnel, le temps d'impact du flux d'air chaud et des particules est court à chaque fois, et l'azote a un effet de refroidissement sur la pièce.La température de la pièce est inférieure à 200°C, donc les dommages thermiques de la matrice sont faibles et aucune déformation ni changement de phase ne se produiront.
(3) L'épaisseur du revêtement est facile à contrôler, la surépaisseur d'usinage est faible et les opérations de maintenance sont pratiques.
(4) La rugosité du revêtement explosif par pulvérisation est faible, éventuellement inférieure à 1,60 μm, et la rugosité peut atteindre 0,025 μm après broyage.
(5) Pendant le processus de pulvérisation, les matériaux en poudre de carbure et à base de carbure ne produiront pas de décomposition ni de décarburation du carbone, garantissant ainsi la cohérence de la composition du tissu de revêtement et de la composition de la poudre.
(6) Faible consommation d’oxygène et faibles coûts d’exploitation.

 

La pulvérisation plasma est une technologie avancée de pulvérisation thermique qui utilise le flux d'air à haute température et à grande vitesse du plasma pour pulvériser des matériaux de revêtement sur la surface du substrat afin de former un revêtement uniforme, dense et de haute qualité.Cette technologie présente des caractéristiques à ultra-haute température, convient à la pulvérisation de matériaux à point de fusion élevé et peut atteindre une densité élevée et une force de liaison élevée du revêtement.

 

 

(1) Le corps de base est moins chauffé et les pièces ne sont pas déformées : étant donné que les pièces ne sont pas chargées pendant la pulvérisation, le métal de base ne fond pas, donc les propriétés de traitement thermique du métal de base ne changeront pas, et certaines hautes résistances les matériaux en acier peuvent être pulvérisés.
(2) Différents types de matériaux et propriétés de revêtement riches : la pulvérisation plasma peut utiliser une variété de matériaux, notamment des métaux, des céramiques, des plastiques, etc., de sorte que des revêtements ayant diverses propriétés peuvent être obtenus, tels que des revêtements résistants à l'usure, des revêtements d'isolation thermique. revêtements et revêtements résistants aux hautes températures.Revêtement d'oxyde, revêtement isolant, etc.
(3) Processus stable et qualité de revêtement élevée : les paramètres du processus de pulvérisation plasma peuvent être contrôlés quantitativement, le processus est stable, la reproductibilité du revêtement est bonne et la force de liaison entre le revêtement et le substrat est élevée.
Les paramètres du processus de pulvérisation au plasma comprennent la sélection du gaz plasma, la puissance de l'arc, la quantité d'alimentation en poudre, la distance et l'angle de pulvérisation, etc. Un réglage correct de ces paramètres est crucial pour la qualité du revêtement.Par exemple, le choix du gaz plasma affectera l'enthalpie et le débit du revêtement, la puissance de l'arc affectera la température du revêtement et le degré de fusion des particules, et la quantité d'alimentation en poudre et la distance de pulvérisation affecteront l'efficacité du dépôt et l'uniformité du revêtement.sexe.
La technologie de pulvérisation plasma est largement utilisée dans les domaines de l’aérospatiale, de l’automobile, de l’électronique, du médical et autres.Dans le domaine aérospatial, des alliages haute température, des revêtements céramiques, etc. peuvent être pulvérisés pour améliorer la résistance thermique des moteurs, turbines et autres composants ;dans le domaine automobile, des revêtements anticorrosion, des revêtements céramiques, etc. peuvent être pulvérisés pour améliorer la résistance à la corrosion des pièces automobiles ;Dans le domaine de l'électronique, des revêtements conducteurs, des revêtements isolants, etc. peuvent être pulvérisés pour améliorer les performances et la fiabilité des composants électroniques.

Quels types de gaz plasmagènes sont couramment utilisés dans les processus de pulvérisation plasma ?
Dans le processus de pulvérisation plasma, les gaz plasmagènes couramment utilisés comprennent principalement les types suivants :
Hydrogène (H2) : L'hydrogène est un gaz diatomique à haute conductivité thermique et peut augmenter considérablement la température et la puissance thermique de l'arc plasma.L'hydrogène est un gaz indispensable lors de la pulvérisation de matériaux réfractaires et de matériaux céramiques.Cependant, l’hydrogène est difficile à préparer et à conserver, est coûteux et présente certains risques pour la sécurité, de sorte que son utilisation est limitée dans certains cas.
Azote (N2) : L'azote est également un gaz diatomique avec une valeur d'enthalpie thermique élevée.Il absorbe beaucoup de chaleur pendant le processus d'ionisation et a un taux d'utilisation d'énergie élevé.L'azote est largement utilisé dans la pulvérisation plasma en raison de sa source pratique et de son faible prix.Cependant, l'azote possède certaines propriétés oxydantes et ne convient pas à la pulvérisation de poudres facilement oxydables.
Argon (Ar) : L'argon est un gaz monoatomique à faible tension d'arc et à faible enthalpie thermique.Cependant, il absorbe rapidement la chaleur lors de l’ionisation et possède une conductivité thermique relativement faible.L'argon a de bonnes propriétés d'amorçage et de stabilisation de l'arc.C'est un gaz inerte doté de bonnes propriétés protectrices et adapté à la pulvérisation de métaux à forte activité chimique.L'argon est l'un des gaz plasmagènes couramment utilisés, mais son coût est relativement élevé.
Hélium (He) : L'hélium est un gaz monoatomique, également inerte, avec une valeur enthalpique extrêmement élevée.L'hélium absorbe beaucoup de chaleur pendant le processus d'ionisation, c'est pourquoi il a une valeur d'enthalpie élevée à haute température.Les propriétés physiques et chimiques de l'hélium sont très stables, mais en raison de sa teneur extrêmement faible dans l'air et de son coût d'extraction très élevé, il est moins utilisé dans les applications industrielles.
Vapeur d'eau et air : La capacité de transfert de chaleur de la vapeur d'eau et de l'air est également assez élevée, avec de larges sources, une commodité et un faible coût.Par conséquent, les gens ont commencé à envisager d’utiliser la vapeur d’eau et l’air comme sources de gaz pour la pulvérisation de plasma et ont obtenu certains résultats.Par exemple, un équipement de pulvérisation de plasma stabilisé à l'eau de haute puissance a été développé, mais sa structure est complexe et la stabilité du jet de plasma pendant la pulvérisation doit être améliorée.

 

La pulvérisation à l'arc est une technologie de pulvérisation thermique qui utilise deux fils métalliques alimentés en continu comme électrodes consommables pour générer des arcs à leurs extrémités comme source de chaleur.Le fil fondu est atomisé par de l'air comprimé et pulvérisé sur la surface de la pièce à grande vitesse pour former un revêtement.Au cours de ce processus, le fil métallique est court-circuité et se décharge au moment du contact.Sous l'action d'un flux d'air à grande vitesse et d'un mécanisme d'alimentation en fil, le métal à l'extrémité subit une série de processus tels que la fusion, l'atomisation, l'accélération et le dépôt, et forme finalement un revêtement.

 

 

(1) Utilisation élevée de l'énergie : la pulvérisation à l'arc convertit l'énergie électrique directement en énergie thermique et le taux d'utilisation de l'énergie thermique peut atteindre 60 à 70 %, ce qui est bien supérieur aux 5 à 15 % de la pulvérisation à la flamme.
(2) Rentabilité élevée : étant donné que deux fils métalliques sont alimentés en même temps, l’efficacité de pulvérisation est élevée et le coût est faible.
(3) Force de liaison élevée du revêtement : toutes les particules sont pulvérisées par atomisation de gouttelettes, de sorte que la force de liaison du revêtement est élevée.
(4) Large applicabilité : les revêtements de matériaux résistants à la corrosion peuvent être pulvérisés en fonction de différents environnements corrosifs et ont une applicabilité universelle.

 

 

- Aéronautique
- Constructeur automobile
- Pétrochimie
- Condensateurs de puissance et leurs équipements électroniques
- Surface métallique anticorrosion, résistance à l'usure, conductivité, isolation, décoration, etc.

 

- Le personnel doit porter des équipements de protection individuelle, notamment des casques de sécurité, des lunettes de protection, des masques de protection, des vêtements de protection, etc.
- S'assurer que les autres équipements et objets présents dans la zone de travail ne seront pas affectés par la pulvérisation et prendre les mesures de protection appropriées.
- Lorsque des risques potentiels pour la sécurité liés à l'équipement de pulvérisation à arc sont découverts, ils doivent être signalés immédiatement et des mesures doivent être prises pour résoudre les problèmes dans les meilleurs délais.

La pulvérisation supersonique consiste à mélanger du carburant gazeux ou liquide avec de l'oxygène à haute pression, puis à le brûler dans une chambre de combustion ou une buse spécifique.La flamme de combustion à haute température et à grande vitesse qui en résulte est utilisée pour la pulvérisation.Étant donné que la vitesse de la flamme de combustion est plusieurs fois supérieure à la vitesse du son, des « nœuds de Mach » brillants dans le flux de flamme peuvent être visuellement visibles, c'est pourquoi la pulvérisation supersonique est généralement appelée pulvérisation de flamme supersonique.En introduisant la poudre axialement dans la flamme, les particules pulvérisées peuvent être chauffées jusqu'à un état fondu ou semi-fondu et accélérées jusqu'à une vitesse allant jusqu'à 300-500 m/s ou même plus, obtenant ainsi un revêtement dense et de haute qualité avec haute force de liaison..La vitesse de la flamme supersonique est très élevée, mais la température est relativement basse, environ 3 000°C.Pour le carbure cémenté WC-Co, il peut inhiber efficacement la décomposition du WC pendant le processus de pulvérisation.Le revêtement par pulvérisation supersonique a non seulement une force de liaison élevée, mais il est également dense et présente une excellente résistance à l'usure.Sa résistance à l'usure dépasse largement le revêtement par pulvérisation plasma, est équivalente au revêtement par pulvérisation explosive et dépasse également la couche de chrome dur électrolytique et la couche de fusion par pulvérisation.Son usage est extrêmement répandu.

 

 

De plus, le pistolet supersonique doit être nettoyé fréquemment pendant le processus de pulvérisation pour éviter un dépôt excessif de poudre métallique.Pendant le processus de travail du pistolet pulvérisateur, la tension aux deux pôles atteint des dizaines de milliers de volts.Une poussière excessive peut facilement produire des étincelles, affecter la construction et provoquer des accidents.Les principales méthodes de nettoyage du pistolet pulvérisateur sont un pistolet pneumatique à haute pression et un chiffon sec.
L'application de la technologie de pulvérisation supersonique (HVOF) Avec le développement et l'amélioration de la technologie de pulvérisation thermique dans mon pays, les exigences de qualité pour les revêtements pulvérisés sont de plus en plus élevées.La méthode au gaz à grande vitesse développée aux États-Unis et dans d’autres pays ces dernières années est un nouveau procédé de préparation de revêtements de haute qualité.Parce que la méthode de projection à flamme supersonique présente de nombreux avantages.

Le soudage par pulvérisation à la flamme est une technologie de traitement de surface métallique couramment utilisée.Il utilise une flamme oxyacétylène pour chauffer la poudre d'alliage jusqu'à ce qu'elle fonde ou atteigne un état de plasticité élevée, puis la pulvérise sur la surface de la pièce pour former un revêtement protecteur ou amélioré.Ce procédé peut être utilisé pour le renforcement de surface ou la réparation de diverses pièces en acier au carbone et en acier faiblement allié.Cependant, lors de son utilisation, il convient de prêter attention aux caractéristiques du matériau de la matrice afin d'éviter des différences excessives dans les coefficients de dilatation linéaire ou dans la matrice contenant des substances faciles à réagir avec l'oxygène.éléments causant des difficultés lors du soudage par pulvérisation.

 

 

Large champ d'application : convient au traitement de surface d'une variété de matériaux métalliques.
Coût relativement faible : le soudage par pulvérisation à la flamme est moins coûteux que les autres technologies de traitement de surface.
Facile à utiliser : le flux de processus est relativement simple et facile à maîtriser.
Améliorer la résistance à l'usure et à la corrosion : la couche de soudage par pulvérisation peut améliorer considérablement la résistance à l'usure et à la corrosion de la pièce.

 

 

Le soudage par projection de flamme est largement utilisé dans les domaines suivants :
Réparation de pièces mécaniques : Utilisé pour réparer les surfaces de pièces mécaniques usées ou endommagées.
Renforcement de surface : améliore la résistance à l’usure et à la fatigue des pièces.
Traitement anti-corrosion : utilisé pour améliorer la résistance à la corrosion des pièces et prolonger leur durée de vie.

 

Lorsque vous effectuez un soudage par pulvérisation à la flamme, vous devez faire attention aux points suivants :
Traitement de surface de la pièce : La surface doit être strictement purifiée et rendue rugueuse avant la pulvérisation pour garantir l'adhérence du revêtement.
Spécifications de pulvérisation : contrôlez strictement les spécifications de pulvérisation pour éviter la surchauffe de la pièce.Surtout lorsque le revêtement est épais, une pulvérisation intermittente est nécessaire pour refroidir.
Angle de pulvérisation : Faites attention à l'angle du pistolet pulvérisateur lors de la pulvérisation pour garantir une répartition uniforme et une bonne adhérence du revêtement.
Contrôle de la température de refusion : Le contrôle de la température de refusion est très critique.Une température trop élevée ou trop basse peut affecter la qualité du revêtement et les performances de la pièce.

 

 

Le revêtement laser est un nouveau type de technologie de modification de surface.Il ajoute des matériaux de revêtement à la surface du substrat et utilise des faisceaux laser à haute densité d'énergie pour les faire fondre avec la fine couche sur la surface du substrat afin de former une masse fondue additive liée métallurgiquement.Bardage.Ce processus peut améliorer considérablement la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, la résistance à la chaleur, la résistance à l'oxydation ou les propriétés électriques de la surface du matériau de base, atteignant ainsi l'objectif de modification ou de réparation de la surface, répondant aux exigences de performance spécifiques de la surface du matériau tout en économisant une grande quantité. des coûts matériels.

 

 

Faible taux de dilution : la couche de revêtement laser est liée métallurgiquement au substrat et le taux de dilution est faible, généralement de seulement 5 % à 8 %, ce qui signifie qu'un revêtement plus fin peut être utilisé pour atteindre les exigences de performances requises.
Haute dureté et résistance à l'usure : la couche de revêtement a une structure fine et dense, une dureté plus élevée et une meilleure résistance à l'usure.
Petite zone affectée par la chaleur : en raison de la température de chauffage élevée du faisceau laser, la zone affectée par la chaleur est petite et la pièce se déforme moins.
Qualité stable de la couche de revêtement : La qualité de la couche de revêtement laser est stable et facile à réaliser une production automatisée.
Large gamme de sélection de matériaux : la densité de puissance du faisceau laser est élevée, la température de chauffage est élevée et la gamme de sélection de matériaux de revêtement est plus large.

 

Les processus de revêtement laser peuvent être grossièrement divisés en deux catégories selon la méthode d'approvisionnement en matériaux de revêtement :
Revêtement laser prépositionné : Tout d'abord, le matériau de revêtement est pré-placé sur la partie de revêtement de la surface du substrat, puis le faisceau laser est utilisé pour numériser et faire fondre le matériau de revêtement et la surface du substrat.
Revêtement laser à alimentation synchrone en poudre : les matériaux de revêtement en poudre ou en fil sont introduits de manière synchrone dans le bain de fusion via la buse pendant le processus de revêtement.

 

Modification de surface : telle que la modification de surface des aubes, des rouleaux, des engrenages de turbine à gaz, etc.
Réparation de surface : comme la réparation de surface des rotors, des moules, etc.
Fabrication additive laser : Grâce au revêtement laser couche par couche, on obtient des pièces avec une structure tridimensionnelle.

 

Les tendances de développement de la technologie de revêtement laser se concentrent principalement sur les aspects suivants :
Recherche théorique fondamentale : Compréhension approfondie des mécanismes physiques et chimiques du processus de rechargement laser.
Conception et développement de matériaux de revêtement : Développer de nouveaux matériaux de revêtement pour répondre à des exigences de performances plus élevées.
Amélioration et développement des équipements de rechargement laser : améliorer les performances et la stabilité des équipements de rechargement laser.
Établissement d'un modèle théorique : Établir un modèle théorique précis de revêtement laser pour guider la production réelle.
Technologie de prototypage rapide de revêtement laser : développer une technologie de prototypage rapide et efficace de revêtement laser.
Automatisation du contrôle du processus de revêtement : Réalisez un contrôle automatisé du processus de revêtement laser pour améliorer l'efficacité de la production et la qualité du produit.