PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 Faza 3: Caracterizarea straturilor depuse. Identificarea aplicațiilor industriale. Diseminarea rezultatelor cercetării. 

Rezumatul fazei:  

Lucrarea  elaborată  “Caracterizarea  straturilor  depuse.  Identificarea  aplicațiilor  industriale. Diseminarea  rezultatelor  cercetării.”  reprezintă  a  treia  fază  a  proiectului  PN  09‐160111/2015  cu titlul  “  Cercetări  exploratorii  de  acoperiri materiale  folosind  procedeul  de  pulverizare  termică HVOF.  Program  experimental  de  realizare  tehnologii  de  pulverizare  pentru materialele  supuse cercetării”. 

  În primul Capitol,  intitulat „Caracterizarea suprafețelor şi a dinamicii gazelor  la un sistem HVOF” în partea introductivă, se prezintă informații referitoare la accentul pe realizarea de produse şi  servicii  de  calitate  superioară  cu  productivitate mare  şi  costuri minime  de  fabricație  în  toate sectoarele  industriei  din  prezent,  datorită  cererilor  de  producție  care  sunt  în  continuă  creştere. Cerințele extrem de exigente  şi condițiile de exploatare agresive  la unele aplicații   pot conduce  la pierderea prematură a funcționării unei componente sau a unui sistem. În cazul diferitelor tipuri de componente care funcționează în medii extreme şi prezintă o  durată de viață care este considerată a fi inacceptabilă, fie întreaga componentă trebuie să se realizeze dintr‐un material mai rezistent la uzură, fie zona unde uzura apare trebuie să fie protejată. Din motive de cost,  decizia  uzuală  care  se  acceptă  este  cea  din  urmă.  Această  opțiune  conduce  la  utilizarea acoperirilor de suprafață. În funcție de aplicație, componentele pot fi acoperite în totalitate sau doar în zona predispusă la uzare. Dintre toate tehnicile avansate de acoperire, procesul de pulverizare termică HVOF este unul dintre cele  mai  de  succes  procedee  care  prezintă  o  versatilitate  mare  datorită  gamei  foarte  largi  de materiale ce pot fi utilizate ca acoperire cât şi substraturilor care pot fi prelucrate ce aparțin multor tipuri de aplicații din domenii variate şi diferite între ele.  

Capitolul  1  continuă  cu  noțiuni  referitoare  la  proprietățile  de  suprafață  ale materialelor inginereşti.  Ingineria suprafețelor din prezent cuprinde proiectarea, evaluarea și comportamentul în funcțiune a totalității unui sistem inclusiv substratul de la interfață până la stratul de acoperire. Este o ramură a ştiinței  care  se  ocupă  cu  metodele  de  realizare  a  cerințelor  de  suprafață  dorite  şi  evaluarea comportamentului suprafețelor  în exploatare pentru componente mecanice. Comportamentul unui material  este dependent  în mare măsură de  suprafața materialului,  forma  suprafeței  de  contact, mediul și condițiile de funcționare. Proprietățile de suprafață ale componentelor utilizate  într‐un mediu de  lucru special, trebuie să fie proiectate  în  conformitate  cu  acel  mediu  de  lucru.  Diferite  proprietăți  de  suprafață,  care  sunt relevante pentru comportamentul componentelor inginereşti sunt prezentate schematic în figura 1.       

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

                  

Fig.1. Diferite proprietăți de suprafață Proprietățile  de  suprafață  ale materialelor  unei  componente  se  pot  schimba  vizibil  ca  urmare  a mediului  în  care  funcționează.  Suprafața  exterioară  a materialului  de  bază  se  cunoaşte  că  este constituită  din mai multe  zone  având  diferite  caracteristici  fizice  şi  chimice  specifice  pentru  acel material. Structura unei suprafețe metalice este prezentată schematic în figura 2. 

 Fig. 2. Reprezentare schematică a unei suprafețe metalice 

Deasupra  stratului  ecruisat mecanic  există  o  regiune  de material  amorf  sau microcristalin  numit stratul Beilby care rezultă din topirea şi fluajul suprafeței în timpul ecruisării. Deasupra acestuia este un  strat  de  oxid,  formarea  acestui  strat  se  face  în  funcție  de mediu  şi mecanismul  de  oxidare  a 

Suprafaţă

Natură

FormăInteracţiunea cu

mediul

Altele

Culoare

Grad de curăţire

Contaminare

Ecruisare mecanică

Rugozitate

Ondulaţie

Reconstrucţie Segregare Adsorbţie fizică Adsorbţie chimică Formare de compuşi Coroziune

Energia de suprafaţă Energia de coeziune Imperfecţiuni Dislocări Limitele grăunţilor Conductivitate Duritate

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 suprafeței. La extremitatea superioară este un strat de adsorbat care este,  în general, un strat de vapori de apă sau hidrocarburi din mediul din împrejurimi care se poate condensa şi devine aderent fizic la suprafață.   În continuarea capitolului 1 se face o analiză asupra combustiei şi dinamicii gazelor la un sistem HVOF. Instalația de pulverizare din dotarea  institutului, utilizată  în  cadrul programelor experimentale de pulverizare HVOF,    împreună  cu  componentele  conexe  şi  sistemele  auxiliare  cât  şi  parametrii  de funcționare a acesteia, a fost prezentată în detaliu în cadrul fazelor anterioare ale proiectului.  Se fac referiri şi  la Combustia şi dinamica gazelor  la un sistem HVOF. Procesul HVOF se bazează pe utilizarea unei combinații de energie termică şi cinetică pentru topirea şi accelerarea particulelor de pulbere,  pentru  a  depune  acoperirile  dorite.  Hidrocarburile  (propan,  propilenă,  acetilena)  sau hidrogenul pur sunt utilizate  în principal, ca gaze combustibile,  iar temperatura gazului depinde de alegerea de gaz combustibil şi raportul dintre debitele de gaz ale oxigenului şi combustibilului. Raportul stoichiometric dintre carburant şi oxigen este 4.5 la 1. Energia eliberată prin reacția chimică a gazelor de ardere este  folosită pentru  încălzirea  și accelerarea atât a gazelor emergente cât  şi a pulberii utilizate la pulverizare. Viteza gazului rezultat este o funcție de variabile cum ar fi compoziția gazelor, presiune,  temperatură, densitate  și  zona prin  care  gazul  circulă. Cu  toate  acestea,  viteza maximă care se poate obține de către gaz funcție de suprafața minimă în secțiune transversală este proporțională cue viteza locală a sunetului Viteza locală a unui gaz perfect este definită ca: 

√  Unde, C = viteza sunetului K = raportul specific căldurii degajate de către amestecul oxygen – carburant  R = constanta gazului T = temperature locală Numărul Mach este definit ca fiind raportul dintre viteza locală a gazului (V) şi viteză sonică locală: 

 

Regimurile de curgere de bază sunt definite în raport cu numărul Mach ca: Regim subsonic  M < 1 Regim sonic M = 1 Regim supersonic  M > 1 Regim hipersonic M > 5 Condiția în care viteza de gaz este egală cu viteza sonică, unde M = 1 se numește "starea critică". Cu starea critică se asociază condițiile critice de stare de gaz, valoarea critică a debitului masic și zona critică. Când viteza gazului locală este egală cu viteza sonică prin duză se poate evacua o rata maximă a debitului masic, m. Valoarea critică a debitului masic poate fi definită ca: 

 Unde, ρ = densitatea critică V = viteza critică a gazului A = zona critică 

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 Când se ajunge la situația critică, debitul este considerat ca fiind suprasaturat.. Din ecuația de mai sus se poate observa că prin creșterea presiunii gazelor creşte masa critică de debit, în timp ce prin creșterea temperaturii critice scade debitul masic. Din măsurătorile făcute asupra vitezei particulelor de pulbere de diferite mărimi și diferite materiale (figura 3) se arată că vitezele cu cele mai mari valori se regăsesc  la axa centrală şi acestea descresc radial spre exterior. Această scădere este determinată de interacțiunea forțelor care acționează între jetul de flacără și aerul ambiant. 

 Fig. 3. Distribuția vitezelor particulelor reprezentată schematic în plan 

Alegerea corectă a combustibilului gazos este reglementată  în principal de aspectele economie, de materialul de  acoperire  în  sine  și de proprietățile  acoperirii dorite. Propanul  este  gazul utilizat  în principal ca un gaz combustibil.   Capitolul 2 “Caracterizarea straturilor depuse” conține informații referitoare la caracteristicile straturilor depuse prin HVOF.  Stratul depus prin pulverizare termică  în aer  liber este un amestec eterogen de material pulverizat, incluziuni  de  oxid  și  un  anumit  grad  de  porozitate.  În  timpul  deplasării  fizice  de  la  pistolul  de pulverizat  către  substrat,  particulele  interacționează  chimic  și  fizic  cu  mediul  înconjurător. Acoperirile realizate prin pulverizare termică sunt constituite din particule lenticulare ale căror limite sunt  în general paralele  cu  suprafața  substratului.  La  solidificare,  în  interiorul  fiecărei particule  se formează  cristale  cu  grăunți  echiaxiali  fini.  Pistolul de  pulverizare  se deplasează peste  substrat  și primul strat format este constituit de obicei dintr‐un număr de 5 până la 15 particule lenticulare, în funcție de parametrii de proces (debitul de pulbere, distanța de pulverizare, diametrul particulelor și viteza liniară de deplasare a pistoletului). Materialele  dure  (WC‐Co,  Cr3C2‐NiCr)  reprezintă  aproximativ  70%  din  materialele  actuale  de acoperire  utilizate  la  procedeul  HVOF  şi  ocupă  o  poziție  importantă  în  industria  acoperirilor. Materialele dure pulverizate prin HVOF prezintă o densitate superioară (de obicei> 97%), distribuție omogenă a fazelor și o tendință scăzută de formare de faze fragile nedorite de carbură comparativ cu alte rezultate obținute prin utilizarea de procedee diferite de pulverizare termică Grosimea  straturuilor depuse pentru materialele dure este  în general  în  intervalul de  la 0.1  la 0.2 mm.  Grosimea  de  strat  mai mare  de  0,3 mm  este  posibilă  dar  din  cauza  tensiunilor  reziduale 

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 superioare  în  aceste  depuneri  nu  este  recomandat  de  către  producătorii  de  pulbere  ca  să  se depăşească această valoare de grosime de strat. Orientarea columnară scade pe măsură ce grosimea stratului depus creşte. Trecerea de la o formație columnară  la  o morfologie  aleatoare  a  grăunților  se  consideră  că  este  posibilă  a  fi  produsă  prin scăderea frecvenței de răcire care permite ca structura să se reformeze şi să se schimbe. Grăunții alungiți radial sunt rareori observați  la straturile groase deoarece acest  lucru se datorează conductivității  termice  ridicate a metalelor. Regiunile microscopice  sub  impactul picăturilor  topite ulterior probabil vor recristaliza în grăunți orientați aleatoriu. Altă caracteristică a solidificării rapide în pulverizare termică este formarea de defecte structurale, cum ar fi porii, coagulări şi dislocări. Cu toate acestea, structura depinde foarte mult de viteza de răcire. O formă morfologică perfectă a unei particule  pulverizate  pe  substrat  este  prezentată  în  figura  4.  În  figura  5  se  prezintă  diagrama schematică a secțiunii transversale a microstructurii straturilor pulverizate termic HVOF. 

 Fig. 4.  Formă morfologică perfectă de particulă pulverizată pe substrat 

 Fig. 5 Secțiune transversală schematizată a microstructurii straturilor pulverizate termic HVOF 

1. Strat de oxid în secțiune parțială format pe o particulă de metal aflată în mişcare în aer liber;  2. Particulă de metal cu centrul acesteia încă sub formă lichidă; 3. Particulă de metal pulverizată parțial încă în mişcare; 4. Peliculă de oxid care pătrunde prin două straturi de metal; 5. Interacțiune între două particule; 6 . Aliere parțială a două particule care impacteză simultan; 7. Particulă sferică presolidificată încapsulată; 8 .Microcavitate formată datorită neuniformității pulverizării de particule; 9. Pori apăruți datorită gazelor neeliminate; 10.Strat de ancorare cu suprafață rugoasă în urma sablării;  

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 11.Material substrat. Căldura din particulele fierbinți este transferată la materialul de bază neîncălzit. Pe măsură ce particulele se micşorează şi se solidifică, acestea aderă la materialul de bază care are o suprafață rugoasă. Aderența acoperirii este, prin urmare, bazată pe ancorare mecanică. Rugozitatea  suprafeței  se  obține  de  obicei  prin  sablare  cu  corindon  uscat.  În  plus,  alte medii  de sablare, cum ar fi alice de fier, oțel,  sau carbura de siliciu sunt folosite pentru anumite aplicații. Pe lângă tipul de agent de sablare, există şi alți factori importanți care includ elemente ca: dimensiunea particulei, forma particulelor, unghi de sablare, presiunea şi puritatea agentului abraziv. La  pulverizarea  termică,  compoziția  straturilor  depuse  poate  varia  de  la  compoziția materialului pulverizat inițial datorită reacției particulelor topite cu mediul gazos. Amploarea acestei oxidari este foarte  importantă pentru proprietățile acoperirii.  Într‐un studiu al efectului de oxidare pe aluminiu depus  şi  bronz,  sa  constatat  că  oxidarea  chiar  minoră  în  timpul  depunerii  este  în  detrimentul rezistenței  la compresiune. Cu toate acestea, particulele de oxid consolidează acoperirea şi adaugă rezistența la uzură. Acoperirile metalice sau de tipul cermeților pot de asemenea reacționa cu aerul, formând cruste de oxizi pe particule care dizolvă  impuritățile  în picătura topită. Amploarea acestor reacții variază funcție de parametrii de proces. Rezultatul răcirii rapide poate fi constituit din faze de neechilibru.  În cazul acoperirilor de alumină, particulele  supraîncălzite  uşor  care  impactează  pe  un  substrat  care  are  o  conductivitate  termică superioară vor avea ca rezultat faze δ şi θ faze în plus pe lângă faza γ, cu faza α suprimată. 

Capitolul 2 continuă cu specificații referitoare la structura straturilor depuse.  Acoperirile  pulverizate  termic  prezintă  o  anumită  dependență  de  nivelul  de  porozitate  aferent procesului.  Acoperirile  HVOF,    produc  straturi  foarte  dense,  cu  porozitate  sub  0,5%.  Acoperiri plasmatice tipic trebui aproximativ o la doi la suta porozitate.  Stratul pulverizat  se dezvoltă pe măsură ce pistolul  traversează  în mod  repetat  suprafața  şi aplică acoperirea în straturi, gradual, cu o grosime a stratului tipic de 10 până la 20 μm. Oxizii se pot forma în timpul dintre treceri pe suprafața exterioară a stratului. Această oxidare poate fi minimizată prin pulverizare în vid sau în atmosferă inertă. În  timpul pulverizării  se poate  crea un praf  foarte  fin de  la particulele  în exces  care  împreună  cu particule netopite pot fi prinse în acoperire. Praful este rezultat din materialul de acoperire care nu aderă  la  piesa  de  lucru  în  timpul  pulverizării.  Trecerile  succesive  de  pulverizare  conduc  aceste particule de praf către suprafața de acoperire unde devin prinse în stratul de suprafață. În  figura 6 se prezintă o micrografie a unui strat pulverizat cu arc electric pe oțel X40. Se observă structura stratificată şi porozitatea existentă (regiunile negre). Particulele circulare sunt cele care nu s‐au topit complet înainte de consolidare. Grosimea acestui strat poate fi până la câțiva milimetri. 

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 

 Fig. 6. Pulverizare cu arc electric pe substrat de oțel  X40 

  Acoperiri mult mai dense se pot realiza cu procedeul de pulverizare termică HVOF. În figura 7 se prezintă un strat pulverizat de WC (CoCr). Se observă o lipsă a porozităților. Regiunile luminoase constau în faza tare WC, care este încorporată într‐o matrice ductilă de cobalt și crom. Aici grosimea tipică a stratului de acoperire este de 0.2 la 0.3 mm. 

 Fig. 7. Strat WC 12 (CoCr) pulverizat termic HVOF 

Acoperirile  pulverizate  termic  prezintă  în  general  tensiuni  interne  mari,  care  pot  fi  atribuite procesului de solidificare şi răcire. Particulele fierbinti se contractă pe măsură ce se răcesc, iar acest fenomen dă naştere la tensiuni interne în stratul de acoperire. Dacă  raportul  dintre  coeficienții  de  dilatare  termică  pentru materialul  substrat  şi materialul  de acoperire este luat în considerare, aceste tensiuni pot fi compensate prin producerea de solicitări de compresiune. Controlul  temperaturii  în  timpul  procesului de  acoperire, prin urmare,  joacă un  rol MPORTANT pentru a determina dacă substratul trebuie să fie răcit sau încălzit. Uneori, aderența unei acoperiri ceramice pe un substrat nu  îndeplineşte cerința necesară pentru o rezistență bună de ancorare. În scopul de a creşte rezistența de ancorare, se aplica de obicei un strat de  legătură,  compus  dintr‐un  aliaj  NiAl  sau  NiCr  care  acționează  ca  un  strat  intermediar  între 

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 substrat  şi acoperirea ceramică. Astfel de acoperiri  intermediare pot efectua, de asemenea, o altă funcție importantă prin furnizarea de protecție suplimentară la coroziune. După  cum  s‐a  menționat  anterior,  porozitatea  unei  acoperiri  prin  pulverizare  termică  este dependentă de proces, şi prezintă o structură anizotropică, stratificată. Aceste caracteristici de bază pot fi modificate într‐un interval larg pentru a corespunde unor aplicații specifice, cum ar fi: ‐  Rezistență  la  uzare  ‐  una  dintre  cele mai  importante  utilizări  ale  pulverizării  termice  este  de protecție  la uzură. La aceste aplicații se  folosesc materiale ceramice dar mai presus de toate, sunt utilizate materiale de tipul carburilor. Materialele utilizate în mod obişnuit sunt carbură de WC / Co sau WC / CoCr. În acest caz, fazele dure ale carburii (WC) prezintă o rezistență excelentă  împotriva uzurii abrazive şi de eroziune, şi sunt încorporate într‐o matrice ductilă de cobalt. ‐  Protecție  la  coroziune  ‐ materiale  cu  conținut  scăzut  de  carbon,  din  oțel  nealiat  sau  fontă  sunt sensibile la rugină şi prin urmare, au nevoie de multe ori de protecție de suprafață constantă. Acest lucru poate  fi  realizat prin pulverizare  cu aluminiu  sau  zinc. Principalele domenii de aplicare  sunt aferente  structurilor  metalice  utilizate  în  condiții  cu  medii  corozive  (ex.  platforme  petroliere).. Pentru  aplicații  care  operează  la  temperaturi  ridicate,  pot  fi  utilizate  învelișuri  protectoare  din MCrAlY.  ‐ Acoperiri de izolație (termică / electrică) ‐ materialele ceramice sunt excelente izolatoare termice şi electrice. Acestea prezintă de  asemenea,  rezistență bună  la uzare  şi oxidare. Aceste  caracteristici sunt  esențiale  pentru  componentele  de motoare  şi  turbine  deoarece  au  rol  de  bariere  termice. Acoperirea  de  tip  barieră  termică  scade  temperatura  suprafeței  substratului,  prelungind  astfel durata de viață a componentei. Pe de altă parte, eficiența este  îmbunătățită ca urmare a reducerii pierderii  de  căldură  la  aceeaşi  temperatură  de  funcționare.  Aceste  straturi  de  acoperire  constau dintr‐un strat de legătură, care este de obicei un material rezistent la oxidare McrAlY (M = Fe, Ni sau Co) şi o acoperire superioară ceramică.     Capitolul 3 conține  informații  referitoare  la diseminarea  rezultatelor cercetării cât  şi  tipuri de aplicații cu referire la aplicatori industriali de pe piața locală.  Rezultatele cercetărilor din cadrul proiectului au fost prezentate parțial în cadrul unui articol ştiințific publicat  în  revista Buletinul  de  Informare  Documentare  al  Institutului  Național  de  Cercetare‐Dezvoltare  în  Sudură  şi  Încercări  de  Materiale  Timişoara, BID‐ISIM  –  Sudarea  şi  Încercarea Materialelor,  cu  titlul Cercetări  exploratorii privind depunerile pe  suprafață utilizând procedeul de pulverizare termică HVOF.   De asemenea,  rezultatele cercetărilor  sunt prezentate  în cadrul vizitelor organizate ale studenților din cadrul Universității Politehnica din Timişoara cât şi persoanelor din diferite sectoare  industriale care  efectuează  cursuri  de  specializare  profesională  în  cadrul  institutului.  Astfel,  instalația  de pulverizare  termică HVOF,  din  dotarea  ISIM  are  şi  un  rol  de  demonstrator  pentru  reprezentanții agenților economici industrial, atât zonali cât şi la nivel național.  Prin  prezentarea  acestor  rezultate  se  conturează  posibilități  de  îmbunătățire  a  productivității  şi aplicabilității procedeului prin automatizarea echipamentului, datorită discuțiilor  cu  reprezentanții firmelor din domeniu cât şi posibilități de aplicare de servicii de pulverizare la producători de diferite componente şi unelte care activează în condiții caracterizate de uzare mecanică mare.  

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 În continuarea capitolului se prezintă tipuri de aplicații ale procedeului de pulverizare HVOF. Pentru a  utiliza  acoperiri  termice  pulverizate  în  condiții  optime, materialul  de  acoperire  trebuie  să  fie selectat  în  mod  corespunzător,  şi  parametrii  de  proces  trebuie  dezvoltați.  De  asemenea, componenta care urmează să fie acoperită trebuie să fie corect dimensionată pentru acoperire. Geometriile preferate pentru acoperiri sunt discuri, panouri plate şi componente simetrice de rotație, similare cu cele ilustrate în tabelul 1. Tabelul. 1 Geometrii favorabile pentru acoperiri termice  

Nefezabil Fezabil Configuraţie optimă

Cu pistol special de pulverizare –

calitate redusă

 Tipuri de aplicații: ‐ Alternativă la cromarea dură ‐ acoperirile HVOF pot fi utilizate ca o alternativă la cromarea dură pentru a oferi protecție la uzură şi coroziune utilizând crom pur şi diverse acoperiri cu carburi. Caracteristicile acoperirilor HVOF, în parte, le depăşesc pe cele ale procesului de cromare iar timpul de procesare HVOF este în general semnificativ mai scurt. Aspectul de suprafață lucioasă de cromare dură poate fi realizat prin prelucrare mecanică de finisare a suprafeței. Spre exemplificare se prezintă o aplicație în care se utilizează pulverizarea termică pentru a înlocui cromarea dură, şi anume acoperirea componentelor trenurilor de aterizare ale aeronavelor. 

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 ‐ Implanturi medicale ‐ pentru ancorarea puternică şi durabilă de implanturi ortopedice, cum ar fi articulatii artificiale de şold, finisajul de suprafață prezintă o mare importanță. Acoperirile  pulverizate cu o suprafață foarte rugoasă, creată intenționat permite osului să crească şi să se ancoreze pe aceasta. Există acoperiri care acționează ca un înveliş biocompatibil de titan sau acoperiri de hidroxiapatită bioactive, care accelerează în mod activ creşterea naturală a osului în suprafața implantului.   ‐ Utilaje folosite în industria textilă ‐ acoperiri caracterizate printr‐o definire precisă a morfologiei produsă prin diferite metode de manipulare şi topologia suprafeței. Textura suprafeței este de o importanță deosebită pentru componentele de producție care vin în contact cu materialul textil. În scopul de a maximiza producția textilă, sunt utilizate acoperiri de oxizi ceramici, de obicei, cu un strat de legătură din nichel, care oferă protecție la coroziune.    ‐ Turbine cu gaz – în cazul componentelor din cadrul turbinelor pulverizările termice sunt folosite în multe locuri diferite şi pentru multe funcții diferite. Acoperiri de protecție pentru rezistență la coroziune la temperaturi ridicate, acoperiri izolante termic, acoperiri pentru repararea componentelor din superaliaje reprezintă doar câteva exemple.   ‐ Industria tipografică ‐ rolele acoperite şi cilindrii sunt utilizate pe scară largă pentru utilaje de imprimare. Straturile pulverizate cu oxid de crom pentru role prezintă microstructuri foarte fine, care pot fi apoi gravate cu laser cu un model foarte mic şi restrâns utilizat la imprimare.   ‐ Aplicații industriale generale ‐ cea mai mare varietate de aplicatii este pentru industria de maşini şi utilaje. Exemple de aplicații sunt segmenții de piston pentru motoare diesel, tije de piston pentru compresoare, rulmenți, pompe, capace valve, etc.   ‐ Bunuri de larg consum ‐ deşi cele mai multe utilizări pentru acoperiri prin pulverizare termică au fost dezvoltate pentru componente foarte specializate, există, de asemenea aplicații în industria bunurilor de larg consum. De exemplu o talpă de fier, pe care a fost aplicat un strat ceramic ca protecție împotriva uzurii pe care se aplică apoi un strat dintr‐un material anti‐aderent. Acoperiri similare pot fi, de asemenea, aplicate la tigăi de bucătărie.   ‐ Industria automotive ‐ Pe lângă acoperirea a numeroase piese de mici dimensiuni, s‐au dezvoltat acoperiri termice interioare pentru blocuri de motor din aluminiu. Alezajele cilindrilor motoarelor sunt acoperite prin intermediul unui pistol special rotativ care se poate aplica acoperirea la interior a găurilor mici cu o suprafață rezistentă la uzură.   ‐ Industria aerospațială ‐ În afară de acele componente deja menționate pentru turbine cu gaz, există acoperiri suplimentare folosite la componentele de avioane. Acestea pot fi utilizate la interiorul unei camere de ardere de la motoare cu reacție.   ‐ Recondiționare ‐ pulverizarea termică poate fi folosită, de asemenea, în proceduri reparatorii pentru a restabili componentelor dimensiunile lor originale. Acoperirile utilizate pentru recondiționare sunt din Ni‐Cr, Ni‐Al sau Ni‐Cr‐Al pentru oțeluri aliate.      Capitolul  final  din  cadrul  acestei  faze  se  referă  la  posibilitatea  dezvoltării  procesului  de pulverizare HVOF, din cadrul institutului, prin robotizarea acestuia. Se prezintă informații cu referire la tipul de robot propus împreună cu caracteristicile tehnice ale acestuia.   Modelul de  robot  vizat  este de producție Mitshubishi model RV12SD/12SDL, prezentat  în figura 8.  

 

PN 09-160111 – Dezvoltarea de tehnici şi tehnologii moderne de pulverizare termică

 

 Fig. 8. Robot RV12SD/12SDL 

  Modelul este simbolizat prin RV ceea ce înseamna robot vertical cu sarcina maximă de 12 kg. Robotul este  în  construcție compactă  cu 6 grade de  libertate  şi poate  fi utilizat pentru asamblări, manipulări sau o varietate de alte sarcini similare.  Caracteristici: 

• Profil redus dar cu o rază mare de acțiune  

⎯ Lungimea si forma brațului sunt proiectate pentru performanțe optime şi pentru alonjă maximă oferind în acelaşi timp posibilitatea de a ajunge la poziții aproape de baza robotului. 

⎯ Poate asigura un spațiu mai mare de manevră dacă este montat pe un soclu de tavan sau de perete. 

⎯ Zona de operare este mărită la  480°(±240°) astfel eliminând zonele moarte din spatele robotului. 

• Controlul servo avansat generează mişcări rapide şi precise în funcționare  

⎯ Viteza de deplasare maximă în regim compus este de 4.400mm/s.  

⎯ Precizia poziționării şi gradul de repetabilitate se regăseşte în intervalul ±0.02mm. 

• Brațul robotului are o proiectare unică care permite accesibilitate şi rază mare de acțiune. 

⎯ Conceptul brațului defazat conferă abordarea de raze minime de mişcare pentru operații în zona apropiată acestuia. 

Concluziile  finale  referitoare  la  această  fază  relevă  faptul  că  pulverizarea  termică  HVOF,  în comparație cu orice alt procedeu de acoperire, nu are  aproape nici o limitare a numărului de opțiuni disponibile  pentru  substrat  cât  şi  pentru materiale  şi  combinațiile  de materiale  de  acoperire  sub formă de pulbere utilizate. Ca urmare, acoperirea prin pulverizare termică HVOF se pretează  la un domeniu larg de aplicatii, atat pentru fabricarea componentelor noi cât şi pentru reparații. Caracteristicile acoperirilor pot fi variate  într‐un  interval  larg pentru a se potrivi cerințelor specifice aplicației. Aceasta presupune, însă, mulți ani de experiență şi know‐how a specialiştilor.