Dr. Prepper — выпуск 11

BRISTLE BLASTING ПРИ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОМ НАПЫЛЕНИИ: ПОВЫШЕНИЕ АДГЕЗИИ ПОКРЫТИЯ

В 11-м выпуске Dr. Prepper мы подробно рассматриваем исследование, проведённое Пекинским технологическим университетом и Колледжем материаловедения и инженерии (Пекин) под руководством Yingying Ding, Hui Li и Yingliang Tian. Исследование посвящено прочности сцепления газотермических покрытий — критически важному фактору их эксплуатационных характеристик. В нём Bristle Blasting представлен как инновационный метод предварительной обработки поверхности, а его эффективность сравнивается с абразивоструйной очисткой на низкоуглеродистой стали и алюминиевых сплавах.

Bristle Blasting оказывается практичным решением, особенно в ситуациях, когда абразивоструйная очистка на объекте затруднена. Кроме того, исследование подчёркивает важность учёта материала основания, что имеет решающее значение для оптимизации адгезии покрытия при использовании Bristle Blasting в качестве метода подготовки поверхности.

Регулярный выпуск RED PAPER от MontiPower^®. Полезные и необходимые факты об оптимальной подготовке поверхности — с 1987 года.

Газотермические покрытия широко применяются в различных отраслях промышленности как решения в области инженерии поверхности. Обеспечение достаточной прочности сцепления между покрытием и основанием обязательно и является базовым эксплуатационным требованием. Как правило, перед напылением поверхность основания тщательно подготавливают, чтобы получить очищенную и шероховатую поверхность, обеспечивающую надлежащее сцепление наносимого покрытия. Этот этап необходим и существенно влияет на общие эксплуатационные характеристики покрытия.

Мягкие материалы основания, такие как алюминиевые сплавы, медь и т. д., сталкиваются со значительными трудностями из-за внедрённых частиц абразива на границе основания и покрытия. Кроме того, при некоторых работах на объекте применение традиционных абразивоструйных установок затруднено, поскольку они зависят от воздушных компрессоров и расходуют большое количество абразива. Помимо этого, такие установки создают экологические проблемы из-за шума и опасной пыли. Для подобных промышленных применений более выгодна предварительная обработка поверхности с помощью мобильного оборудования, простого в эксплуатации.

Цель данного исследования — оценить возможность применения Bristle Blasting при газотермическом напылении на примере металлических (Ni5Al) и керамических (Al2O3) покрытий на таких основаниях, как низкоуглеродистая сталь (A283) и алюминиевый сплав (7075). Покрытия наносятся на поверхности, подготовленные тремя методами: Bristle Blasting, абразивоструйной очисткой и механическим шлифованием.

Основной целью было сравнение абразивоструйной очистки и Bristle Blasting в качестве методов предварительной обработки поверхности; механическое шлифование служило контрольной группой для оценки влияния шероховатости поверхности. При абразивоструйной очистке использовались частицы корунда 20 меш (Pigeon Group) при давлении воздуха 0,6 MPa и расстоянии обработки 60 mm. Механическое шлифование выполнялось вручную шлифовальной бумагой SiC 800# на автоматическом шлифовальном станке. Для Bristle Blasting применялся серийный инструмент (Monti SE-677-BMC) с фиксированной частотой вращения 2 150 об/мин; ключевым параметром считалась глубина внедрения.

Во время работы вращающиеся кончики щетинок ударяют по обрабатываемой поверхности с кинетической энергией, сходной с ударом абразивной частицы. Многократное непрерывное повторение этого процесса приводит к тысячам локальных ударов, отскоков и образованию кратеров, в результате чего поверхность становится очищенной и шероховатой. Главное преимущество этой технологии — её простота и удобство применения. Bristle Blaster® имеет длину около полуметра и высоту в несколько десятков сантиметров; он может легко приводиться в действие аккумуляторным, электрическим или пневматическим двигателем. Его можно установить на автоматический позиционер или использовать вручную, поэтому для работы требуется очень мало места — в отличие от абразивоструйной очистки, для которой обычно нужна большая звукоизолированная камера или защитное укрытие.

ИСПЫТАНИЕ: Ряд исследователей пробовали использовать Bristle Blasting в качестве предварительной обработки поверхности перед окраской и показали, что таким образом можно получить шероховатую поверхность со средней шероховатостью (Ra) около 3,35µ.

Главное преимущество этой технологии — её простота и удобство применения.

В последние годы Bristle Blasting стал новым подходом в подготовке поверхности, привлёкшим внимание промышленности. По сути, этот процесс представляет собой механическую абразивную обработку вращающимся щёточным кругом. Круг состоит из множества заострённых высокопрочных стальных проволок, кончики которых имеют специально спроектированный изгиб вперёд, т. е. стержень проволоки изогнут в направлении вращения (рис. 1). Во время работы вращающиеся кончики щетинок ударяют по обрабатываемой поверхности с кинетической энергией, сходной с ударом абразивной частицы. Многократное непрерывное повторение этого процесса приводит к тысячам локальных ударов, отскоков и образованию кратеров, в результате чего поверхность становится очищенной и шероховатой.

Для характеристики топографии поверхности с повышенным оптическим разрешением использовался конфокальный лазерный сканирующий микроскоп LEXT OLS4100. Этот метод обеспечивает сбалансированное сочетание высокой точности и скорости измерений и позволяет оценивать как 3D-, так и 2D-морфологию поверхности.

Морфология поверхности стального

основания, обработанного различными методами:

(a) Шлифование

(b) Абразивоструйная очистка

(c) Bristle Blasting (3 mm)

Морфология поверхности стального

основания, обработанного различными методами:

(a) Шлифование

(b) Абразивоструйная очистка

(c) Bristle Blasting (2 mm)

В случае сплава 7075 средняя шероховатость поверхности Ra резко возросла с 0,834 ± 0,185 до 2,450 ± 0,606 μ при изменении глубины внедрения с 1 до 2 mm, что означает удаление большего количества материала основания. Однако между образцами, обработанными с глубиной внедрения 2 и 3 mm, не было заметной разницы по средней шероховатости (Ra) и наклону профиля (Rdq). Предположительно, это связано с пластической деформацией основания 7075 при непрерывных ударах щетинок, что видно на рис. 2. С увеличением глубины внедрения наблюдалась тенденция к постепенному снижению асимметрии профиля (Rsk), что указывает на неглубокие и сглаженные выступы профиля. Для A283 с увеличением глубины внедрения шероховатость возрастала линейно, как показано на рис. 2.

рис. 2

Шероховатость поверхности основания при различной обработке. (a) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk; G — шлифование, GB — абразивоструйная очистка, BB — Bristle Blasting.

В исследовании сравнивались поверхности, обработанные методом bristle blasting и абразивоструйной очисткой. Хотя поверхности после bristle blasting визуально выглядели ярче, они были менее шероховатыми, чем после абразивоструйной очистки. Для сплава 7075 увеличение глубины внедрения с 1 до 2 mm приводило к значительному росту средней шероховатости (Ra), что указывает на большее удаление материала основания. При большей глубине возникала пластическая деформация. Для A283 увеличение глубины внедрения линейно повышало шероховатость. A283 достигал шероховатости, характерной для абразивоструйной очистки, при 3 mm; ограничением была недостаточная кинетическая энергия. Несмотря на схожие значения Ra, поверхности после bristle blasting были менее однородными из-за шага расположения проволочных щетинок, что приводило к более крупным пикам и впадинам по сравнению с поверхностями после абразивоструйной очистки рис. 3.

рис. 3

2D-профиль поверхности стального основания (A283) при различной обработке: (a) после шлифования, (b) после абразивоструйной очистки, (c) после bristle blasting с глубиной внедрения 3 mm.

Главный недостаток абразивоструйной очистки при подготовке поверхности — наличие остатков абразива на границе раздела, что особенно проблематично для мягких материалов. Хотя последующая ультразвуковая очистка может удалить эти остатки, её применение на объекте затруднено. При использовании Bristle Blasting для подготовки поверхности эта проблема полностью исключена. Наиболее привлекательная сторона Bristle Blasting — простота и экономичность, особенно при работах на объекте.

В отличие от абразивоструйной очистки, при которой сбор и повторное использование большого количества отскочивших абразивных частиц на открытом пространстве затруднены, Bristle Blasting обеспечивает гибкость и производительность обработки, сопоставимые со стандартной абразивоструйной очисткой и механическим приданием шероховатости. По лабораторному опыту, скорость обработки методом Bristle Blasting может достигать около 1 квадратного метра поверхности за 1 час, что значительно быстрее лазерного текстурирования.

При Bristle Blasting абразивное воздействие на поверхность происходит за счёт интенсивного выбивания металла кончиками щетинок, что приводит к образованию многочисленных локальных кратеров..

рис. 4

Зависимость адгезии покрытия Ni5Al от различных параметров шероховатости поверхности: (A) Ra, (b) Rdq, (c) Rsk

В данном исследовании изучалась возможность применения Bristle Blasting для газотермических покрытий. Основные предварительные результаты таковы:

Прочность сцепления газотермических покрытий на основаниях, прошедших различные методы предварительной обработки, постепенно возрастала в ряду: шлифование, Bristle Blasting, абразивоструйная очистка. В случае покрытия Ni5Al подготовка поверхности методом Bristle Blasting обеспечила примерно 60% прочности сцепления по сравнению с абразивоструйной очисткой.

Bristle Blasting представляется перспективным решением для оснований из стали и алюминиевых сплавов, когда абразивоструйная очистка неприменима. Однако при выборе параметров обработки необходимо учитывать материал основания.

МЫ ВЕРИМ В СИЛУ ИННОВАЦИЙ

Подготавливая поверхности оптимально, мы повышаем эффективность покрытий. С 1987 года Montipower® разрабатывает оригинальное оборудование для подготовки поверхности немецкого качества.

СКАЧАТЬ DR. PREPPER NO. 11

Вы также можете скачать полные выпуски Dr. Prepper: