GÉPJAVÍTÁS III. SEGÉDLET. Dr. Fazekas Lajos főiskolai docens DEBRECENI EGYETEM MÜSZAKI FŐISKOLAI KAR. Debrecen, 2001.

Átírás

1 DEBRECENI EGYETEM MÜSZAKI FŐISKOLAI KAR Faculty of Teclmical Engineering University of Debrecen Facultas Artium Ingetúariarum Universitas Debreceniensis Dr. Fazekas Lajos főiskolai docens GÉPJAVÍTÁS III. SEGÉDLET Debrecen, 2001.

2 TARTALOMJEGYZÉK 1. GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA TERMIKUS SZÓRÁSI (FÉMSZÓRÁSI) ELJÁRÁSOKKAL A termikus szórási (fémszórási) eljárások és jellemzői A termikus szórási eljárások jellegzetes alkalmazási területei Utóhevítés nélküli lángporszórás (hideg fémporszórás) Az utóhevítés nélküli lángporszórás műveletei A lángporszórással (hideg fémporszórással) felvitt réteg jellemzői A lángporszórás (hideg fémporszórás) anyagai Utóhevítéses lángporszórás (meleg fémporszórás) Utóhevítéses lángporszórás műveletei Meleg fémporszórással feltöltött rétegek jellemzői A hideg és meleg fémporszóráshoz használatos berendezések kialakítása és jellemzői GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA ELEKTROKÉMIAI ELJÁRÁSSAL Elektrokémiai alapfogalmak Galvanikus fémleválasztás jellemzői Galvanikus vasazás Galvanikus krómozás GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA MŰANYAGOKKAL A műanyagok és tulajdonságainak ismertetése A műanyagok alkalmazástechnikai szempontból meghatározó tulajdonságai A felújítás során alkalmazott műanyagporok adalékanyagai Műanyagbevonás technológiája A bevonatképzés jellegzetességei Az alkatrészek előkészítése A bevonatkészítés módszerei Forgatópadon történő szórás Lebegtetett műanyagporba mártás vagy szinterezés Elektrosztatikus porszórás

3 Műanyagfelvitel lángporszórással Bevonatkészítés műgyantából Előforduló technológiai hibák A műanyag bevonatok megmunkálása A műanyag bevonatok illesztése MINTATECHNOLÓGIÁK Irodalomjegyzék

4 1. GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA TERMIKUS SZÓRÁSI (FÉMSZÓRÁSI) ELJÁRÁSOKKAL A termikus szórási eljárás igen nagy múltra tekint vissza az utóbbi 25 évben fejlődött a legtöbbet. Az alkatrészek kopása felületi rétegük fizikai, kémiai tulajdonságaitól függ. Keresztmetszetük nagyobbik része csak a külső terhelés hordozásában, illetve továbbításában vesz részt. A gyakorlat is igazolta, hogy egy homogén összetételű és tulajdonságú anyag szilárdságtani és kopási szempontból csak ritkán nyújt optimális megoldást, és ezért fejlesztették ki a különböző felületkezelési, bevonási eljárásokat, melyekkel a gépalkatrészek élettartamát akár a többszörösére lehet növelni. Egy adott gépalkatrésznél a műszaki-gazdaságossági szempontokat figyelembe véve, melyik eljárást célszerű választani számos tényező befolyásolja így a kopás jellege, a terhelés mértéke, a megkövetelt élettartam és az eljárás költsége. A kopásvédelem egyik hatásos eszköze kopásnak kitett felületek bevonása az adott rendszerben nála jobb kopási és súrlódási jellemzőkkel rendelkező anyaggal. Erre a célra fejlesztették ki az úgynevezett termikus szórási (fémszórási) eljárásokat a legkülönbözőbb fémes és nemfémes anyagok felületre való felvitelére A termikus szórási (fémszórási) eljárások és jellemzői A szórási eljárások a felvitt régek jellege alapján két nagy csoportra osztható: utóhevítés nélküli ún. hidegszórás, melynél az olvadási hőmérsékletre hevített és a felületre juttatott szemcsék nem lépnek egymással és az alapanyaggal kohéziós kapcsolatba (nincs beolvasztás) a felvitt réteg porózus szerkezetű, a felvitel során az alapanyag max C-os hőmérsékletet ér el, utóhevítéses ún. melegszórás, amikor a felszórt réteget a szórással egyidejűleg vagy azt követően megolvasztják így tömör, öntött szerkezetű lesz. A szóráshoz használt ötvözetek olvadási hőmérséklete C közé esik, az alapanyag felmelegedése elérheti a C-ot. Ezen a hőmérsékleten már jelentős szövetszerkezeti változások mehetnek végbe az alapanyagban, megváltoztatva az előző hőkezelések hatását, másrészt a belső feszültségek oldódása, az egyenlőtlen melegedés és lehűlés miatt elhúzódások jöhetnek létre. A termikus szórási eljárásokat szokás a felhasznált hőforrás és a szórt anyag jellege szerint is csoportosítani. Egy ilyen lehetséges felosztást mutat a 1. ábra

5 1. ábra Termikus szórások csoportosítása 1.2. A termikus szórási eljárások jellegzetes alkalmazási területei A termikus szórási eljárások alkalmazási területeire vonatkozóan nagyszámú gyakorlati tapasztalat áll rendelkezésre. Ezek értékelésénél mindig figyelembe kell venni a terhelés jellegét, nagyságát és az alkalmazott szórási eljárást. Az összehasonlítás csak azonos feltételek esetén ad helyes eredményt. Főbb alkalmazási területek: - kopott felület feltöltése névleges méretre, - súrlódás és kopás csökkentése, - korrózióvédelem, - dekoráció, stb. Kopott felület feltöltése névleges méretre Ez a feladat legtöbbször átfedéssel illesztett felületeknél (csapágyhelyek, tengely-agy kötések, stb.) fordul elő, amikor meghibásodás következtében azok egymáson elmozdulnak, kopnak, illetve berágódnak. Ilyen esetekben legtöbbször elegendő ötvözetlen szénacél szóróanyagot felhasználni, melyet kisteljesítményű lángszórópisztolyokkal is jó minőségben fel lehet vinni (pl. Roto-Tec, interweld XS-8, stb.). Súrlódás és kopás csökkentése Az alkatrész-felújítás területén talán ez a leggyakoribb feladat. A szórási eljárás és szóróanyag tekintetében körültekintően kell eljárni, mivel az igénybevételek igen széles skálán mozognak. Figyelembe kell venni, hogy a szórt réteg csak felületen megoszló terheléseket képes megbízhatóan elviselni. Pont és vonalmenti koncentrált terheléseknél, mint pl. fogaskerekek fogfelületei, tűgörgős - 4 -

6 csapágyfelületek, vezérlőbütykök, stb. nem alkalmazható. Ütésszerű dinamikus terheléseknél alkalmazása nem kizárt, de megbízható méretezési eljárás ma még nem ismert. Ilyen esetekben célszerű ellenőrző vizsgálatokat végezni. Általános szabályként elfogadható, hogy a tömörebb, nagyobb tapadási szilárdságot biztosító szórási eljárások és szívósabb szórt rétegek a megfelelőbbek. Általános célokra Cr, illetve Cr-Ni ötvözésű acél szóróanyagokat használunk, melyek mind láng- (por és huzal), mind ívszórással jól szórhatók és kiváló súrlódási, kopási jellemzőkkel rendelkeznek. Nemcsak adhéziós, hanem eróziós és abrazív koptató igénybevételnek is ellenállnak, klimatikus viszonyok között korrózióállóak. A szóróanyag keménységét a koptató szemcsék (erózió, abrázió) keménységének megfelelően kell megválasztani. Többnyire ezeket az ötvözeteket használjuk siklócsapágyazások (pl. vezérmű tengelyek, csavarszivattyúk, főtengelycsapok), hidraulika munkahengerek dugattyúszárak, hajtóműtengelyek tömítőfelületei, szivattyú kopóhüvelyek, stb. feltöltésére. Vékony rétegek és/vagy dinamikus terhelés esetén kiválóan megfelel a tiszta molibdén szóróanyag, amely jó tapadása miatt alapozóként is használható. Keménysége a szórási paraméterektől (lángszórás) függően széles határok között változtatható. Keményebb rétegek állíthatók elő szívós hordozószemcsékbe ágyazott fém karbidok, illetve fémoxidok szórásával. Együttesen fellépő korróziós, koptató és oxidációs igénybevételeknél Ni-Cr-Mo (Hartelloy), Co-Cr- Si (Stellite), Co-Mo-Si (Triboloy) vagy Ni-Cr-B-Si ötvözet fajtákat használhatunk. Ez utóbbiak szórásánál a nagysebességű szórási eljárások adják a legjobb eredményt. A kopásálló felületek megmunkálása rendszerint csak köszörüléssel lehetséges. Korrózióvédelem A súrlódás és kopás csökkentése mellett ez a fémszórások másik legfontosabb területe. Ma már igen elterjedten alkalmazzák vasszerkezetek, daruk, tartályok, vegyipari és élelmiszeripari berendezések, vízügyi létesítmények korrózió elleni védelmére. Kültéri vasszerkezeteknél Zn és/vagy Al bevonatot visznek fel µm vastagságban (Erzsébet híd a Dunánál). A tapasztalatok szerint egy többrétegű szórt-festett bevonattal, pl µm Zn + 250µm Al réteg festékbevonat, 50 év feletti élettartamot eredményez. A magasabb kivitelezési költségek év alatt megtérülnek az újrafestés és rozsdátlanítás költségeinek csökkenése révén. A Zn és Al szórásához ív- vagy huzalolvasztásos lángszórást alkalmaznak. Vegyipari berendezések védelmére az igénybevételtől függően (hőmérséklet, savas vagy lúgos közeg) saválló, rozsdamentes ötvözetek vagy kerámia szórásával védekeznek. A szóráshoz az - 5 -

7 utóbbi időben egyre elterjedtebben alkalmazzák a robbantásos, plazma és a nagysebességű lángszórást. Korrózióvédelemnél, főleg ha a bevont fém a bevonatnál nemesebb, alapvető követelmény, hogy a réteg gázokat és folyadékokat ne engedjen át. Mivel a hidegen szórt rétegek porózusak, gondoskodni kell ezek utólagos lezárásáról (tömítőgyanták, védőlakkok) vagy a megfelelő rétegvastagságról. Vizsgálatok szerint a szórt rétegek pórusai nem egybefüggőek, így adott rétegvastagság fölött a szigetelés biztosított. Ezek a rétegvastagságok a szórási eljárástól függően változók. Ívszórásnál Zn esetében ~ 0,4mm, réznél ~ 0,8 mm. Dekoráció Erre a célra elsősorban a színesfémeket használnak. Az ív- és lángolvasztásos huzalszórásnál a porlasztás finomságának változásával a felület simasága, szemcsézettsége változtatható. Amennyiben fém alapra szórunk, itt is figyelni kell a rétegek közötti korrózió megakadályozására Utóhevítés nélküli lángporszórás (hideg fémporszórás) Az acélhuzal elektródát különleges összetételű ötvözetpor helyettesíti. A finom gömbszemcsés fémport erre a célra kialakított szórókészülékkel visszük fel a feltöltendő felületre. A szórópisztoly a gázhegesztésnél alkalmazott oxigén-acetilén gáztelephez csatlakozik. A portartályból az ötvözetpor az adagolószelep megnyitása után a gázlángba jut, ahol a hőhatástól képlékennyé válik, a gáznyomástól felgyorsulva az alapfém felületére csapódik és ott megtapad. A műveletet hengeres palást feltöltésekor az alkatrész egyenletes forgatása közben kell végrehajtani. A feltöltés során porózus bevonat keletkezik, amely mechanikus és adhéziós kötéssel tapad az alapanyaghoz. Megfelelő rétegvastagság elérése után a feltöltött palástot kész méretre munkáljuk Az utóhevítés nélküli lángporszórás műveletei A technológia főbb műveletei a következők: - az alkatrész előkészítése, - a feltöltendő palást előmunkálása, - alapozópor felszórása, - töltőpor felszórása, - készre munkálás, - minőség-ellenőrzés

8 a) Az alkatrész előkészítése A felújítandó alkatrészt alaposan meg kell tisztítani a durva szennyeződésektől, a zsír- és olajmaradványoktól. Erre a célra szerves vagy szervetlen oldószer egyaránt megfelelő. A letisztított alkatrészen meg kell határozni a kopás mértékét és jellegét, illetve meg kell vizsgálni, hogy a kopás egyenletesen jelentkezik-e a felületen vagy különböző mértékű, esetleg berágódási helyek is kialakultak. A maximális kopás mértéke alapján határozzuk meg a lemunkálandó réteg mélységét. Fontos továbbá azt is ellenőrizni különösen átmenti helyeken, retesz- és ékhornyoknál hogy nincs-e felületén repedés vagy durva folytonossági hiba, ami a felújítást kizárja. A repedésvizsgálatot DIFFUTHERM készlettel végezzük. b) A feltöltendő felület előmunkálása A felületet oly mértékben kell előmunkálni, hogy azon berágódásnak vagy más sérülésnek nyoma ne maradjon. Tengelyszerű alkatrészeknél a deformációból eredő ovalitást is meg kell szüntetni. Mindenképpen célszerű azonban olyan mélységben végezni a lemunkálást, hogy a felületen legalább 0,5mm vastag szórt réteg maradjon készremunkálás után is. A tengelyen előforduló hibahelyek előkészítését mutatja a 2. ábra. A jelzett 45 -os él letöréseket feltétlenül el kell végezni, így ugyanis kevésbé sérülékeny a feltöltött réget a határvonal mentén. 2. ábra A munkadarab előkészítése felszóráshoz Minthogy az alapanyag és a felszórt réteg között a mechanikus és adhéziós kötés a meghatározó, gondoskodni kell róla, hogy a felület tapadóképességét javítsuk. Ezt a célt szolgálja a felület durvítása, ami legegyszerűbben gépi menetvágással valósítható meg. A 2. ábrán egy előkészített felületrész látható, ahol a 0,5mm-es réteg lemunkálása után 0,7mm emelkedésű menetet vágtak. A feltüntetett értékek tájékoztatásul szolgálnak, ezektől eltérő profil és méret is megengedhető az - 7 -

9 alkatrész átmérőjétől függően. A menetet úgy kell vágni, hogy felülete érdes, szaggatott legyen, ezért a menetvágókés hegyét 0,1-0,2mm sugárral le kell gömbölyíteni és hosszú szárral kell a kést befogni, hogy vágás közben berezegjen. A kést 1-2mm-rel a középpont alá kell befogni és 5-10m/min forgácsolási sebességgel kell a menetet vágni, így a kés inkább tépi mint vágja az anyagot. Keményebb anyaghoz kisebb, lágyabb anyaghoz nagyobb forgácsolási sebességet használnak. A menetvágás célja még a határfelület növelése mellett a maradó feszültségből származó határrétegben fellépő nyíró igénybevétellel szembeni ellenállás növelése. Az axiális irányú maradó feszültségek okozzák a határréteg lenyíródását, mert a tangenciális irányú feszültségek a zsugorkötéshez hasonlóan a felszórt réteget az alaptestre húzza hengeres munkadarabok esetén. Ezeket figyelembe véve a menetárok tengelyirányú merőlegessége kedvezőbb, de ez kedvezőtlen, különösen fárasztó igénybevételeknél, feszültséggyűjtő hatása miatt. A felület durvítása igen jó eredménnyel végezhető szemcseszórással vagy kézi köszörűvel vagy mindkettő egyidejű alkalmazásával is. Ha mód van rá, e módszereket alkalmazzuk mind hengeres, mind pedig sík felületek érdesítésére. Fontos, hogy a feldurvított felület ne szennyeződjön. Esztergáláshoz tehát ne használjunk hűtőfolyadékot. A felületet kézzel érinteni nem szabad. Ha az áthelyezésnél vagy befogásnál mégsem kerülhető el, tiszta, zsírmentes ruhadarabbal vagy azbesztszövettel kell megfogni az alkatrészt. Az előkészített darabot nem célszerű huzamosabb ideig a korróziós hatásoknak se kitenni, az előkészítést követően 3-4 órán belül hajtsuk végre a feltöltést is. c) Az alapozópor felvitele A lángpor szórásnál (hidegtechnológia) a feltöltési művelet első fázisaként minden esetben egy alapozóréteg felvitele szükséges, amely az alapanyaghoz való jó tapadást biztosítja. Ehhez speciális ötvözetporokat (Ni-Al ötvözeteket) fejlesztettek ki. E porok jellemző tulajdonsága, hogy kémiai összetételüknél fogva ún. exoterm reakcióra hajlamosak. Ez azt jelenti, hogy szórásnál a pisztoly lángja termikus folyamatot indít el a por alapanyagában. Egy-egy részecske C hőmérsékletre is felhevül, így hegedési pontok alakulnak ki az érintkező felületen, ami biztosítja az alapfémhez való igen jó kötést. 3. ábra Az alapozóréteg tapadása az alapfémhez - 8 -

10 A 3. ábra az alapozóréteg kötési módját szemlélteti, ahol fontos szerepe van: - a felületi érdességnek, - a hűlés során a bevonatban ébredő belső feszültségnek, - a termikus reakció következtében létrejövő mikrohegedéseknek. Az alapozóporral 0,05-0,1mm vastag bevonat felszórása elégséges. E réteg kizárólag a kötésszilárdságot biztosítja, tehát más jellegű igénybevételre nem alkalmas, csak megfelelő ötvözetporral felszórt fedő réteggel együtt. Az alapozópor felvitelekor hengeres palást esetén a következő műveleti sorrendet és technológiai adatokat alkalmazzuk: 1. Az alkatrész befogása: forgatópadon, tokmányba vagy csúcsok közé. A darab kerületi sebessége v=20-30m/min. 2. A gáznyomás értékek ellenőrzése, beállítása (tájékoztató adatok) oxigén 1,1-1,2bar, acetilén 0,5-0,6bar. 3. Az alkatrész előmelegítése: a szórópisztolyon redukáló lángot állítunk elő, 15-20cm távolságból rövid ideig melegítjük a feltöltendő felületet abból a célból, hogy a rajta maradó esetleges szennyeződést, párát leégessük. Ekkor a munkadarab C-ra melegszik fel. 4. Alapozás: folyamatos forgatás közben megnyitjuk a poradagoló szelepet, és ugyancsak cm távolságból felvisszük a 0,05-0,1mm-es alapozóbevonatot. Megjegyzés: Az alapozóbevonat vastagsága nem mérhető. Gyakorlatilag addig kell az alapozóport szórni, amíg az előmunkált felületen folyamatos sötét bevonat nem képződik. d) A fedőréteg szórása Az alapozóréteget felvitele után folyamatosan, ugyanazzal a befogással és technológiai adatokkal hajtsuk végre a fedőréteg feltöltését a szükséges vastagság eléréséig. A szórópisztolyt merőlegesen irányítsuk a munkadarab középvonalára. A pisztoly vezetésével törekedni kell az egyenletes réteg kialakítására. Hosszú palástok feltöltésekor egyenletesebb réteget kapunk, ha a szórópisztolyt automatikus előtolással vezetjük (pl. a késtartóba befogva). Ilyenkor a pisztoly tengelyirányú eltolása 7-8mm/ford. legyen. Nem célszerű a felötlést folyamatosan, a pisztoly oda-vissza való mozgatásával végezni. Egy réteg felszórása után a műveletet meg kell szakítani és a felszórást a munkadarab másik, lehűlt végétől újrakezdeni. A szórási művelet során rendkívül fontos a következő előírások betartása: - a maximális hőmérséklet 200 C, amelynél nem szabad túlhevíteni az alkatrészt, nagyobb felmelegítés esetén a réteg leválik az alapanyagról

11 - ha vastagabb réteg feltöltésre van szükség (pl. 1-2mm), a szórás időnkénti megszakításával engedjük visszahűlni a munkadarabot. Gyakorlatilag tehát a porszórást C hőhatárok között kell elvégezni. A hőmérséklet mérésére tapintóhőmérő, jelzőkréta vagy jelzőfesték alkalmazható. A technológia megfelelő elsajátítása után már rendszerint nincs szükség külön hőfokmérésre, a gyakorlati tapasztalat kellő biztonságot nyújt a hőfokhatárok betartására. A feltöltést kisebb-nagyobb megszakításokkal addig kell folytatni, amíg a szükséges rétegvastagság ki nem alakul. Forgácsolási ráhagyásra 0,2-0,3mm vastag réteget (átmérőben 0,4-0,6mm-t) számítsunk. A feltölthető rétegvastagság felső határa 1,5-2,0mm. A szórt réteg kialakításában szerepe van a szemcsék becsapódási sűrűségének, a szórás szögének. A becsapódási sűrűséget az ömlesztés technológiai körülményei és a szóráskúp alakja befolyásolja, a szórás geometriáját a 4. ábra mutatja. 4. ábra A szórás geometriája A szórás szögét (α) a szóráskúp (β) tengelye és a szórt felület normálisa között értelmezzük. Túl nagy szórásszög (α) esetén, az alapfém felületi egyenetlenségeinek csúcsai árnyékoló hatást fejtenek ki, lunkerek képződnek az érdesség mélyedéseiben, így a szemcsék tapadása sem megfelelő, ilyenkor a felszórt rétegben pikkelyes leválások észlelhetők. Túl kicsi szórás szög (α) esetén (a felületre közel merőlegesen) a szemcsék rugalmasan visszapattannak és a felület felé haladó további szemcsék mozgását akadályozzák. Tömör szóráskúp (β) estén a felületre eső szemcsék száma nagy, ellenkező esetben kicsi. A nagyobb sűrűségű szemcsepár tömör réteget hoz létre és ebben az összehegedő szemcsék száma is nagyobb. e) A feltöltött réteg készre munkálása A fémszórással növelt illeszkedő felületeket csaknem minden esetben forgácsolással kell a szükséges méretre munkálni. Forgástestek esetében az esztergályozás vagy köszörülés vehető számításba. Ha az igénybevétel megengedi, könnyen esztergálható, lágyabb réteggel töltsük fel az

12 alkatrészt, így a megmunkálás gazdaságosabb, és köszörűgép hiányában is jó eredménnyel végrehajtható. Megmunkálás esztergályozással A könnyen esztergálható, általános rendeletetésű bevonatokhoz a hagyományos keményfém betétes késeket használhatjuk. Minthogy itt tört forgácsot adó felületek fordulnak elő, a DR sorozatból válasszuk ki a megfelelő lapkát. E lapkaminőség DR 01 - DR 40-ig terjed. A számok növekedésével nő a keményfém szívóssága, és csökken a kopásállósága. A gyakorlatban a DR 10 vagy DR 20 minőségű betétlapkát használhatjuk. Nagy szerepe van a forgácsolási szög megválasztásának is. Lágyabb anyagoknál pozitív, keményebb kopásálló rétegeknél pedig rendszerint negatív forgácsolási szögben kell a kést élezni. A jellemző élszögeket az 5. ábra mutatja. A megfelelően megválasztott forgácsolási adatokkal végezve a simító vagy finomesztergálást, a szokásos IT6 - IT7 pontosság és e tűréshatárokon belül az Ra 0,63 - Ra 1,25 értékű felületi érdesség is elérhető. γ=-5 0 α= ábra Keményfémlapkás esztergakés élkialakítása készre munkáláshoz Mindebből következik, hogy az esztergált felület jól megfelel: - gyűrűs- és siklócsapágyak illesztéséhez, - átmeneti és szilárd illesztésű helyeken, - továbbá alternáló mozgást végző tömítőpalástokon is. Bizonyos alkatrészek felújításánál követelmény a kopásálló, kemény réteg felvitele. Az HRC keménységű vagy azzal egyenértékű réteg esztergálása csak szuperkemény forgácsolólapkával valósítható meg. A szuperkemény esztergakéseket KOMPOZIT megnevezéssel forgalmazzák

13 Megmunkálás köszörüléssel A hidegtechnológiával felvitt rétegek köszörülése kedvezőtlen, mert viszonylag gyorsan eltömődik a köszörűkő, és ezért gyakori szabályozásra van szükség. Főként a kemény réteggel feltöltött palástok megmunkálásánál lehet indokolt a köszörülés, ahol a kopásállóság mellett a felületi minőségnek is fontos szerepe van. Ilyen jellegű alkatrészek pl. a hidraulikus és pneumatikus szerkezetek vezérlő- és munkavégző egységei. A kemény rétegek köszörülésekor (HB 300-től) a legjobb eredményt a nagy szemcsekeménységű és a lágy esetleg közepes kötéskeménységű korongok adják. A kiválasztáshoz javasolt adatok: Korongméret: A szemcse anyaga: Kötéskeménység: Szemcseméret: A köszörűkorong kerületi sebessége: A munkadarab kerületi sebessége: Ø400 SCZ (zöld szilíciumkarbid) vagy BC (bórkarbid) H-K tartományon belül (lágy) L-M tartományon belül (közepes) (közepes) 25-30m/s 12-15m/min Megjegyzés: a forgácsolási ráhagyásra ugyanolyan rétegvastagságot kell számítani köszörüléskor is, mint esztergálás esetén A lángporszórással (hideg fémporszórással) felvitt réteg jellemzői A felvitt rétegek jellemzésére legtöbbször a tömörséget (porozitást), keménységet, a kötés húzó- és nyírószilárdságát adják meg. Ezek értéke nemcsak a felhasznált anyagoktól, hanem jelentős mértékben a szórási eljárástól és a szórás paramétereitől függnek. Az utóhevítés nélküli (beolvasztás nélküli) hideg -szórásnál a szórt rétegek minőségét számos tényező befolyásolja, melyek közül legfontosabbak: - a hőforrás max. hőmérséklete, - a felületre csapódó részecske sebessége, - a részecske és a környezet között lejátszódó kémiai kölcsönhatás, - a részecske mérete és alakja. Mivel a szórt anyagot a pisztolyban olvadási hőmérséklete közelébe kell hevíteni, ezért az alkalmazott hőforrásnak a szórt anyaghoz kell igazodnia. A megolvadt szemcse, repülési sebességétől függően, hosszabb-rövidebb ideig érintkezik a környező gázokkal, illetve más lesz a becsapódási energiája

14 A nagyobb repülési sebesség kevesebb időt hagy az oxidációra és vegyi folyamatokra, a nagyobb becsapódási energia tömörebb, nagyobb tapadószilárdságú réteget eredményez. Egyúttal nő a réteg belső szilárdsága is, így nagyobb terhelést képes elviselni. Az utóbbi időben végrehajtott fejlesztések mind a nagysebességű szórás megvalósítását célozták. Szórási eljárások jellemzői 1. táblázat Eljárás megnevezése Kisteljesítményű lángszórás (sűrített levegő alk. nélkül) Nagyteljesítményű lángszórás Elektromos ívszórás Nagysebességű lángszórás Plazmaszórás Energiaforrás acetilén + oxigén acetilén + oxigén A szórt anyag formája Max. hőmérséklet a fúvóka kimeneténél ( C) Max. részecskesebesség (m/s) Max. tapadószilárdság* (N/mm 2 ) Prorzitás (%) por <20 por, huzal <15 elektromos ív huzal ~ <15 propánbután (H 2 ) + oxigén acetilén + oxigén Robbantásos szórás *A felületelőkészítés módjától és anyagától függően Por >70 <5 por <10 plazmaláng por ~5000 ~700 >70 <5 Az 1. táblázat a beolvasztás utóhevítés nélküli fémszórások jellemzőit foglalja össze. A tapadószilárdság és porozitás értékek acélokra és ötvözeteikre vonatkoznak. A porozitás térfogatszázalékban vannak megadva és csak közelítő jellegűek, mivel a mérési módszertől függően az irodalmi adatok igen eltérőek. A tapadószilárdság (húzószilárdság) értéke nagymértékben függ a felületelőkészítés minőségétől és módjától, hiszen a kötést a mechanikai kapcsolat mellett adhéziós erők hozzák létre. Nagyon fontos, hogy a felület fémtiszta és érdes legyen. Ez utóbbi megfelelő formáját szemcseszórással (elektrokorund, acélszemcse, stb.) menetes profil esztergálásával vagy menetes profil utólagos görgős durvításával érhető el. Ezekkel a módszerekkel a sima, esztergált felülethez képest akár kétszeres tapadó- és nyírószilárdságot érhetünk el. Az utóhevítés nélküli hideg szórással felvitt rétegek előnyei a következőkben foglalhatók össze: - A porok nagy részarányban tartalmaznak nemes ötvözőelemeket (Cr, Ni, W, Mo, Cu, Al), így a felvitt réteg korróziálló, igen jó a siklási és kenési tulajdonsága. - A portípusok megválasztásával tetszés szerinti lágy vagy kemény kopásálló réteg állítható elő, így a feltöltéssel gyakran helyettesíthetők egyes felületkezelési és felületvédelmi eljárások (pl. a kéregedzés, krómozás, kadmiumozás, horganyzás stb.). - A szórásnál nincs szigorúan körülhatárolt hőintervallum, gyakorlatilag a műveletet C határok között végzik, ami megkönnyíti a technológia helyes kivitelezését. - Az alkatrész tömege és mérete nem korlátozza a technológia alkalmazását

15 - Az alapanyag csak 200 C-ig melegszik fel, így nem lép fel szövetszerkezeti elváltozás és szilárdságcsökkenés. Nem alkalmazható azonban a hidegszórás a következő esetekben: - Dinamikus igénybevételű felületen, pl. forgattyúcsap, vezérlőbütyök, stb. feltöltésére. - Koncentrált pont- vagy vonalszerű felületi terhelés esetén, pl. tűgörgős csapágy alatti paláston. - Nagy hőhatásnak kitett helyeken, pl. turbókompresszor-tengelyen, szeleptányéron stb. A kizáró tényezők az alkatrészeknek csak egy szűk körét érintik, az esetek 80-85%-ában a hidegszórást részesítik előnybe a melegtechnológiával szemben A lángporszórás (hideg fémporszórás) anyagai A lángporszórási technológiákhoz kialakított hozaganyagok finom gömbszemcsés fémporok, amelyek fémporlasztással állítanak elő. A gomb szemcsés kivitelre azért van szükség, hogy a szórópisztolyban a folyamatos és egyenleges adagolás biztosítható legyen, ne következzen be a por botladozása és a fúvókák eltömődése. A különböző Castolin + Eutectic, UTP, Interweld cégek által előállított portípusok felhasználási területüket és mechanikai jellemzőiket tekintve közel állnak egymáshoz. A felhasználásra javasolt fémporokat e jellemzők szerint csoportosítva tartalmazza a 2. táblázat, a teljesség igénye nélkül. A 3. táblázat a felvitt rétegek megmunkálási adatait foglalja egybe

16 Ötvözetporok hideg fémporszóráshoz 2. táblázat Ssz. Portípus Keménység A felvitt réteg jellemzői Felhasználási terület 1. INTERWELD M55 - XUPER-ULTRA-BOND HV Az alapanyagra felszórva jó (Castolin) Alapozópor (Ni, Al ötvözet) tapadást biztosít EXOBOND (UTP) 4. INTERWELD M42 160HB 5. LUBROTEC (Castolin) HV 6. EXOBOND 2001 (UTP) 160HB 7. INTERWELD M50 240HB 8. CORO RESIST (Castolin) HV 9. INTERWELD M45 270HB 10. INTERWELD M46 180HB 11. DUROTEC (Castolin) HV 12. CORO RESIST (Castolin) HV 13. HARDTEC (Castolin) HV 14. EXOBOND 2002 (UTP) 38HRC 15. INTERWELD M HB 16. FRIXTEC (Castolin) HV 17. EXOBOND 2003 (UTP) 130HB Közepes keménységű vasalapú por Magas Cr-Ni- tartalmú porok. A réteg fokozott mértékben korrózióálló és jó siklási tulajdonságú. Esztergán könnyen megmunkálható Magas Cr-Ni- tartalmú porok. kemény, kopásálló bevonatot adó ötvözetporok. A megmunkálást köszörüléssel vagy szuperkemény esztergakéssel (KOMPOZIT) lehet elvégezni. Jó siklási tulajdonságú, korrózióálló réteg. Alumínium-bronz ötvözet. Jó siklási tulajdonság és könnyű megmunkálhatóság jellemzi. Átmeneti és szilárd illesztésű alkatrészpároknál, ahol pontvagy vonalszerű felületi terhelés nincs: pl.: csapágygyűrűk, rögzítőgyűrűk tárcsák, kerékagyak stb. felfekvési helyein. Az előbbivel azonos jellegű illesztéseknél, főként agresszív közegben működő alkatrészek feltöltése. Pl.: nedves közegben működő vagy műtrágyával, vegyszerekkel érintkező felület feltöltése Intenzív kopásnak kitett alkatrészek felújítása. Siklócsapágy alatti palást feltöltése, alternáló vagy szakaszos mozgást végző alkatrészeken, pl.: hidraulikus és pneumatikus elemeken a tömítőpalástok feltöltése. Siklócsapágyhelyek feltöltése. A tengelyre felszórt bevonat helyettesíti a színesfém csapágyperselyt vagy műanyag perselyt. Hideg fémporszórással feltöltött rétegek megmunkálási adati Ssz. Portípus Megmunkáláshoz javasolt keményfém MSZ (ISO) A vágóél homlokszöge N S Forgácsolási adatok m mm v min ford e f [ mm] 3. táblázat Hűtés 1. INTERWELD M42 N 50 0,2 1,0 - DR LUBROTEC (K10) 3. EXOBOND 2001 S 60 0,08 0,05-4. INTERWELD M50 DR 10 N 32 0,2 1, CORO RESIST (K10) S 50 0,08 0,05-6. INTERWELD M45 DR 10 N 110 0,1 0, INTERWELD M46 (K10) S 180 0,05 0,05-8. DUROTEC N 32 0,2 1,0 - KOMPOZIT CORO RESIST S 32 0,08 0, HARDTEC EXOBOND 2002 N 70 0,2 1,0 - DR INTERWELD M (K10) 13. FRIXTEC S 70 0,08 0, EXOBOND

17 1.4. Utóhevítéses lángporszórás (meleg fémporszórás) Az utóhevítés nélküli lángporszóráshoz (hideg fémporszóráshoz) hasonló, de a műszaki jellemzők tekintetében attól teljesen eltérő feltöltési eljárásoknak tekinthető a meleg fémporszórás. E technológia alapvetően abban különbözik a hidegszórástól, hogy itt a műveletsor kiegészül a réteg beolvasztásával. Ez azt jelenti, hogy szóráskor kialakuló réteget intenzív felmelegítéssel C-on megolvasztjuk, porozitása megszűnik, és összefüggő tömör bevonatként tapad az alapanyagra. Fontos jellemzője a feltöltőpornak, hogy olvadáspontjuk C-kal alacsonyabb az acélok és vasöntvények olvadáspontjánál, így a réteg beolvasztásakor az alapanyag nem olvad meg, a felületen keletkező ömledék tehát nem keveredik az alapfémmel. A melegszóráshoz kifejlesztett ötvözetporok jelentős arányban tartalmaznak B és Si ötvözőket. E két elem diffúziós képessége igen nagy, ezért ömlesztéskor a részecskék átlépik az alapanyag határfelületét, abba bediffundálnak. E folyamat eredményeként a korábbi mechanikus tapadás diffúziós kötéssé alakul át. A diffúziós kötéssel tapadó réteg sem statikus, sem dinamikus igénybevétellel nem választható le az alapfémről. A portípustól függően a feltöltött réteg keménysége 18-65HRC értékek között változhat. A felöltőporok nagy választéka lehetővé teszi a technológia széles körű alkalmazását mind forgástestek, mind pedig sík vagy alakos felületek feltöltésére Utóhevítéses lángporszórás műveletei A technológia főbb műveletei a következők: - az alkatrész előkészítése, - a feltöltendő felület előmunkálása, - az ötvözetpor felszórása, - a felvitt réteg beolvasztása, - készre munkálás szükség szerint. a) Az alkatrész előkészítése Feltöltés előtt az alkatrészt alaposan meg kell tisztítani a szennyeződéstől, zsír-, és olajmaradványoktól. Az alkatrész mosása történhet szerves vagy lúgos oldószerrel mosókádban vagy mosóberendezésben. Egyedi felújításnál előnyösen alkalmazhatók a spray kiszerelésben forgalmazott gyorstisztító-zsírtalanító vegyszerek. Mosás után meg kell határozni a meghibásodás jellegét, a kopás mértékét, a feltöltendő réteg vastagságát, szükség szerint repedésvizsgálatot is kell végezni

18 A fémporszóró eljárás a gyártási folyamatban is alkalmazható. Új alkatrészek feltöltése esetén a szórt réteg jellemző tulajdonságait és a szórás technológiai sajátosságait már a konstrukció kialakításánál figyelembe kell venni. b) A feltöltendő felület előmunkálása Illesztett felületeket feltöltés előtt minden esetben szükséges előmunkálni Az előmunkálást a következő szempontok szerint végezzük: Legalább olyan mélységű réteget forgácsoljunk le, hogy a kopási nyomok eltűnjenek, tengelycsapon pl. ne maradjon bemaródás és ovalitás. Ugyanakkor törekedni kell arra, hogy minél vékonyabb réteg felszórásával kiküszöbölhető legyen a hiba. Egyenletes rétegvastagságot feltételezve, hogy már 0,15mm vastag réteg is biztosítja az adott fémporra előírt jellemzőket. Az elő- és készre munkálásnál előforduló pontatlanságokat is figyelembevéve célszerű úgy tervezni a feltöltést, hogy készre munkálás után legalább 0,25-0,3mm vastag réteg maradjon az alapfémen. A meleg fémporszórás nem igényli a felület durvítását (menetvágást, szemcseszórás). Az elvégzett kötésszilárdsági vizsgálatoknál a szakadás Ra=1,25µm finomságú felületnél és a menettel durvított paláston azonos erőnél következett be. A felületen lévő reve- és rozsdafoltok erősen rontják a kötési szilárdságot, ezért a felület tisztaságára fokozottan ügyelni kell, szükség szerint akár csiszolással vagy szemcseszórással biztosítva a fémtiszta felületet. Cementált alkatrész felületének előkészítésénél le kell munkálni a kéreg szénben dús felületi rétegét, amely a rétegvastagságnak mintegy 60-70%-a. Ellenkező esetben a feltöltés alatt a szenített kéreg feldurvul és rideggé válik. c) Az ötvözetpor felszórása melegeljárással A forgácsolással előkészített és nagyobb szennyeződéstől mentes felület a szórás megkezdése előtt C-ra kell melegíteni. A hőfokot hőre színeződő jelzőkrétával ellenőrizhetjük. A fémport a pisztoly lángjával előmelegített felületre a láng egyenletes, váltakozó irányú mozgatásával visszük fel. A kívánt rétegvastagság elérése után a poradagolást meg kell szüntetni és a réteget lánggal homogén, tömör felületté kell összeolvasztani. A munka befejezésével a pisztoly lángját el kell oltani, az injektoros készülékek tartályában visszamaradt fémport a portartályból ki kell üríteni. A palackok elzárása után a pisztolyfogantyún lévő gázszelepet ki kell nyitni, és a nyomáscsökkentők szabályzócsavarjait meg kell lazítani. A felszórt réteg vastagságát a szórást megelőző és azt követő méréssel ellenőrizzük. A szórt réteg vastagsága a beolvasztás előtt 30%-kal legyen nagyobb a forgácsolási ráhagyással együtt szükséges méreteknél. Ez azért szükséges, mivel a porózus réteg a beolvasztás során zsugorodik. A

19 forgácsolási ráhagyás megállapításánál az átlagosan elérhető felület egyenletességéből kell kiindulni. A hullámosság mértéke 1mm rétegvastagságig, álló munkadarabon végzett kézi szóróhegesztésnél 0,2-0,3mm, forgató berendezésen csapfelület esetén 0,1-0,2mm. Forgástestek műveleti (szórás és beolvasztás) azonos fordulatszámon, gépi forgatással hajhatók végre. A legkedvezőbb kerületi sebesség 20-30m/min. Lényeges, hogy már az előmelegítés is forgatással történjen, így az esetleges vetemedés elkerülhető. d) A felszórt réteg beolvasztása Sík és alakos felületek feltöltésekor vagyis ha a szórást nem forgatópadon végezzük a beolvasztás nem jelent külön műveltet, minthogy a szórás-beolvasztás folyamatosan történik a teljes felület feltöltésig. Ilyen módon végezzük pl. a szeleptányér, kapcsolóvilla stb. feltöltését. Forgástestek esetében a szórási művelethez hasonlóan, a beolvasztást is forgatópadon végezzük, itt ugyanaz a cél, mint a szórási műveletnél, az anyag egyenletes felmelegedése és ezzel káros elhúzódások kiküszöbölése. A szórópisztoly lángjával addig kell melegíteni a darabot, amíg a felvitt por megolvad és egységes tömör réteggé alakul át. E folyamat C-on játszódik le, tehát a kovácsolási hőfoktartományon belül. Beolvasztás után a darabot levegőn hűlni hagyjuk, majd ellenőrizzük a méretet. Egy menetben kb. 0,2mm-es réteget lehet felvinni a felületre. Ha vastagabb rétegre van szükség, többször is meg lehet ismételni a szórásbeolvasztás műveletsort oly módon, hogy a már beolvasztott rétegre további réteget szórunk és olvasztunk rá. e) Meleg fémporszórással feltöltött réteg készre munkálása A feltöltött réteg vastagsága jól szabályozható, a felület viszonylag egyenletes, így a készre munkálás csak néhány tized mm leforgácsolását jelenti. A forgácsoló megmunkálás technológiáját a felrakott ötvözet típusa és a megkívánt tűrésérték határozza meg. Általában az IT6-IT7 pontossági fokozat elegendő, ezt az értéket pedig megfelelően választott és kialakított szerszán esetén esztergályozással is el lehet érni. Az 55-60HRC keménységű bevonatok csak szuperkemény esztergakéssel (KOMPOZIT) vagy köszörüléssel munkálhatók meg. A köszörűkorongot a hidegszórásnál ismertetett szempontok szerint kell kiválasztani Meleg fémporszórással feltöltött rétegek jellemzői A megfelelő minőségben feltöltött réteg tulajdonságait az alkalmazott portípus határozza meg. Az ötvözetport mint hozaganyagot igen nagy választékban állítják elő, így minden jellegű

20 igénybevételhez kiválasztható a legalkalmasabb fémpor. A feltöltött réteg tulajdonságai a következőkben foglalhatók össze: - A réteg diffúziós kötéssel tapad az alapanyagra, így a kötési szilárdság egyenértékűnek tekinthető a hegesztett varratéval. - A réteg keménysége a portól függően 18-65HRC lehet mindennemű hőkezelés nélkül. Így lehetőség van az edzett, cementált felület helyreállítására, ill. egyenértékű helyettesítésére. - Az előbbi tulajdonságokból következik, hogy a feltöltött réteg igen jól ellenáll a dinamikus, koptató igénybevételnek, valamint a koncentrált felületi nyomásnak, így a technológia lehetőséget nyújt a vezérlőbütyök, forgattyúcsap, tűgörgős csapágyhelyek, stb. helyreállítására. - A fémporok magas részarányban tartalmaznak nemes ötvözőket, ennek következtében a felvitt réteg korrózióálló, nincs szükség felületvédelemre korrózióaktív közegben sem. - Külön prototípusok vannak a nagy hőigénybevételű helyek feltöltésére, pl. szeleptányér, turbófeltöltő tengelye stb. felújításához. A meleg fémporszórás korlátai: - Nagyméretű és tömegű forgástesteken problémát jelent a réteg beolvasztása az intenzív hőelvezetés miatt. Ezért csak max mm átmérőjű tengelyek újíthatók fel gazdaságosan. - Beolvasztáskor a nagy hőhatás következtében szövetszerkezeti változás ill. szilárdságcsökkenés állhat elő az alapanyagban. Felújításkor tehát figyelembe kell venni az alkatrész igénybevételét, funkcióját, továbbá a biztonságtechnikai követelményeket is. A megfelelő portípus kiválasztásához a 4. táblázat nyújt segítséget, a megmunkálási adatokat az 5. táblázat tartalmazza

21 Ötvözetporok meleg fémporszóráshoz 4. táblázat Ssz. Portípus Keménység A felvitt réteg jellemzői Felhasználási terület 1. INTERWELD N BRONZO-CHROM (Castolin) EUTALLOY RW (Castolin) HABOND HA-4 (UTP) INTERWELD N INTERWELD N EUTALLOY RW (Castolin) BOROTEC (Castolin) HABOND HA-7 (UTP) INTERWELD W TUNGTEC (Castolin) HABOND HA-8 (UTP) Ütés- és korrózióálló bevonat. Esztergán jól megmunkálható. Kemény, szívós réteg, igen jó korróziós és kopásellenállással. Köszörűléssel vagy KOMPOZIT esztergakéssel munkálható meg. Magas wolframkarbid-tartalom, kemény kopásálló réteg. Jelentős az abrazív koptatással és növényi savakkal szembeni ellenállás. Csak köszörüléssel munkálható meg. Dinamikus igénybevételű tengelycsapok, kis átmérőjű (max. Ø35mm) hidraulikus és pneumatikus dugattyúrudak és vezérlőtolattyúk, szeleptányérok stb. feltöltése. Szivattyútengely, vezérlőbütykök, kapcsolóvilla, tűgörgő alatti palást feltöltése, általában kéregedzést igénylő felületek helyreállítása. Talajművelő szerszámok, zúzóaprító kések éleinek és egyéb gyorsan kopó felületeinek feltöltése 0,5-2mm rétegvastagságban. Meleg fémporszórással feltöltött rétegek megmunkálási adatai esztergáláshoz 5. táblázat Ssz. Portípus Megmunkáláshoz javasolt keményfém MSZ (ISO) A vágóél homlokszöge N S Forgácsolási adatok m mm v min ford e f [ mm] Hűtés 1. INTERWELD N BRONZO-CHROM (Castolin) EUTALLOY RW (Castolin) 4. HABOND HA-4 (UTP) DR 10 (K10) -5 N 32 0,2 1,0-1,5 + S 40 0,08 0, INTERWELD N INTERWELD N60-1 N 18 0,1-0,2 1, EUTALLOY RW (Castolin) BOROTEC (Castolin) DR 10 (K10) -5 S 20 0,08 0, HABOND HA-8 (UTP) 10. INTERWELD W TUNGTEC (Castolin) Megmunkálás köszörüléssel 12. HABOND HA-8 (UTP)

22 1.5. A hideg és meleg fémporszóráshoz használatos berendezések kialakítása és jellemzői A lángporszóró készülékek energiaforrása megegyezik a hagyományos gázhegesztéshez használt acetilén-oxigén gázteleppel. A szórópisztoly viszont egy különlegesen kiképzett gázégő, melyet a szokásos szerelvényeken felül a por adagolására szolgáló tartállyal, illetve szelepekkel is elláttak. A készülék alaprendeltetése, hogy a por alakú ötvözetet az égő gázláng magjába juttassa. Aszerint, hogy a hozaganyag milyen módon jut a portartályból a gázlángba, a készülékek két csoportját különböztetjük meg: - közvetett (külső) adagolású készülék, - injektoros egylyukú lángporszóró készülék. A lángporszóráshoz tehát a hideg fémporszóráshoz a külső adagolású szórópisztolyokat használhatjuk, míg a meleg fémporszórás az injektoros (belső adagolású) készülékkel valósítható meg (6. ábra). 6. ábra Lángporszóró pisztoly kialakítások A ROTOTEC-80-as fémporszóró pisztoly (CASTOLIN gyártmány) egyesíti magában a külső és belső adagolású készülékek előnyeit. A 7. ábrán jól látható, hogy az oxigén a készüléktestben kétfelé ágazik: 1. a felső vezetékben áramló oxigén szállítja a fémport a középső csatornán át a lángcsóvában, 2. a közrefogó béléscsövön keresztül pedig az éghető gázkeverék áramlik. Ez a készülék alkalmas hideg és meleg fémporszórásra egyaránt

23 7. ábra ROTOTEC-80 fémporszóró pisztoly felépítési vázlata Az EURO-JET XS-8 (Interweld gyártmány) univerzális fémporszóró pisztoly hideg és meleg fémporszórásra egyaránt alkalmazható. A kettős funkciót külső poradagoló leszerelésével illetve égőszárcserével lehet megvalósítani. Egyedi és kis sorozatú felújításoknál is gazdaságosan alkalmazható. 8. ábra EURO-JET XS-8 típusú pisztoly Az UTP cég fémporainak szórására alkalmas készülékek 1. Az EXOBOND porokat a láng gázaiba juttatjuk és a részecskék a (lehetőleg) forgó felületnek ütköznek a munkadarabon. Az alapanyag hőmérséklete a bevonatoló folyamat során 350 C alatt marad. A tengelyeket és más hengeres testeket az EXOBOND eljárással a legkisebb hőbevitellel, a darab elvetemedése vagy az alapfémben fellépő struktúraváltozások nélkül lehet bevonatolni. 2. Az UNlBOND porokat ugyancsak a láng gázaiba juttatjuk és a részecskék a bevonandó darabnak (lehetőleg) forgó felületébe ütköznek. Egy ezt követő munkamenetben a felrakást 1000 C körüli hőmérsékleteknél beolvasztjuk. Az UNIBOND eljárással homogén bevonatot és az alapfémmel való igen jó tapadást érhetünk el. Az egyenletes hőbevitellel elkerülhető a munkadarab elvetemedése

24 9. ábra EXOBOND hideg eljárás (fehér csatlakozó) UNIBOND meleg eljárás (zöld csatlakozó) 3. A HA-BOND porokat egylépcsős eljárásban pisztoly lángjával a bevonandó felületre szórjuk és egyidejűleg beolvasztjuk. A HA-BOND eljárást mindenekelőtt vékonyabb rétegek, élek felrakására és kényszerhelyzetben történő felrakásra használhatjuk. A HA- BOND pisztoly alkalmazásánál egy pótlólagos lángvisszacsapás-biztosító beépítését ajánljuk. Minden más készülék a kettős injektor védett elrendezésével teljesen visszacsapásbiztos. 10. ábra HA-BOND meleg eljárás

25 2. GÉPALKATRÉSZEK FELÚJÍTÁSA ELEKTROKÉMIAI ELJÁRÁSSAL Az elektrokémiai (galvanotechnikai) eljárásokat kisebb kopás esetén fémfeltöltésre vagy felületkezelésként korrózió elleni védelemre alkalmazzuk. Ide soroljuk a galvanikus vasazást és a kemény, szivacsos krómozást. Ezek előnyei a következők: - nem okoznak a munkadarabban szövetszerkezeti változást, - nem ébresztenek nagyobb feszültségeket, így nem csökkentik kifáradási határt, - a bevonat vastagsága jól szabályozható, ezért az utólagos megmunkálás egyszerű. Az eljárások hátránya, hogy speciális műhelyberendezést és kommunális létesítményeket igényelnek, nagy a vegyszerköltségük és a különleges szakképzettséget is megkívánják. A javítóiparban ezért gazdaságosan a nagy értékű alkatrészek sorozat-felújításakor alkalmazhatók. A technológiák részletezése előtt összefoglaljuk a galvanotechnikai alapfogalmakat Elektrokémiai alapfogalmak Ha az elektroliton külső feszültségforrás egyenáramát vezetjük át, akkor az elektrolit pozitív ionjai a negatív pólushoz, a katódhoz, a negatív töltésű ionok a pozitív pólushoz, az anódhoz vándorolnak (11. ábra) Ennek alapján a pozitív töltésű ion a kation, a negatív töltésű ion az anion. A külső feszültségforrás hatására a katódon elektronfelesleg létesül, közömbösül a kationok pozitív töltése, és létrejön a semleges elem vagy molekulacsoport. Az anódon ugyanekkor elektronhiány jön létre, és az anionok elvesztik fölösleges negatív töltésüket. Így keletkezik a töltés nélküli nemfémes elem vagy savmaradék. A leválasztott anyag tömege és a felhasznált árammennyiség közötti függvénykapcsolatot Faraday ismerte fel először. Faraday első törvénye kimondja, hogy valamely elektrolitból a villamos áram hatására leválasztott anyag tömege egyenesen arányos az átmenő áram erősségével és a leválasztás időtartamával. Képlet formájában: m = a leválasztott tömeg, I = az áramerősség, m = k I t = k Q t = a leválasztás időtartama, Q = árammennyiség, k = anyagjellemző. A k anyagjellemző értékére Faraday második törvénye ad felvilágosítást. Ez kimondja, hogy a különböző elektrolitból azonos árammennyiség egyenértékű anyagtömeget választ le

26 11. ábra Ionok vándorlása egyenfeszültségű villamos térben 1. voltmérő, 2. ampermérő, 3. szabályozó-ellenállás, 4. elektrolit 2.2. Galvanikus fémleválasztás jellemzői A galvanikus fémleválasztás a fémsók vizes oldatainak elektrolízisével valósítható meg. Elektrolitként olyan fémionokat tartalmazó sóoldatokat használunk, amilyen fémmel be akarjuk vonni az alkatrészt. A katód a bevonandó alkatrész, anódként pedig olyan fémet alkalmazunk, mint a bevonat, vagy olyan, mely galvanizálás alatt nem oldódik. Az első esetben a kivált fémionokat az anód oldódása pótolja (pl. galvanikus vasazásnál), a második esetben az elektrolit pufferolásával és regenerálásával állítható helyre a szükséges fémion koncentráció és ph-érték (pl. krómozásnál). Az elektródokon a következő folyamatok mehetnek végbe: - a katódon: a fémkiválás és hidrogénfejlődés, - az anódon: az anionok semlegesítése (következménye gázkiválás, üledékképződés és szekunder kémiai reakciók), oxigénfejlődés és az anódfém oldódása. Ezek a folyamatok együttesen is végbemehetnek. A galvanizálás folyamata tehát a következő. Az elektrolit fémionjai az átfolyó áram hatására semleges atomok formájában kiválnak a katódon. A bevonat kristályosodási folyamat eredménye, amely kristálycsírák képződésével kezdődik, utána ezek tovább növekednek. Ha sok kristálycsíra képződik és lassú a növekedés sebessége, finomszemcsés, fényes, kemény bevonat keletkezik. A jó minőségű galvánbevonatok fő jellemzői: - az alapfémhez jól tapadnak, - egyenletes a rétegvastagságuk, - tömör, pólusmentes a bevonat, - megfelelő mechanikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkeznek

27 Galvánbevonatok tulajdonságait és a galvánfürdők hatásfokát a következő tényezők határozzák meg: - a galvános polarizációs és a polarizációs feszültségek, - az elektrolit vezetőképessége és összetétele, - a fürdő hőmérséklete, - a fürdő ph-értéke, - az áramsűrűség és - az alapfém anyaga és felületének állapota. A galvános polarizáció olyan elektromotoros erőhatást jelent, amelynek iránya ellentétes a külső feszültség irányával. Ha a koncentráció kiegyenlítődést a diffúzió gátolja akkor diffúziós polarizációról beszélünk. Kémiai polarizációt, olyan átalakulások idéznek elő, amelyek a fázishatáron játszódnak le és ellentétes villamos erőteret hoznak létre (pl. koncentrációkülönbség létrehozásával). Amikor a polarizáció valamelyik változata fellép a külső áramforrás lekapcsolása után az elektródok között mérhető az áramforrás feszültségével ellentétes irányú feszültség, amelyet polarizáció-feszültségnek nevezünk. Ezt közömbösítő külső feszültség a polarizáló-feszültség. Ha a fém leválási potenciálja ugyanakkora vagy nagyobb, mint a hidrogéné, akkor az elektrolízis során hidrogén is leválik. A hidrogénfejlődés rontja az áramkihasználást. Az alapfémbe és a galvánbevonatba diffundált hidrogén rossz kötésszilárdságot, illetve rideg, törékeny pórusos fémréteget okoz. A hidrogén káros hatását keveréssel, oxidálószerek vagy nedvesítő anyagok adagolásával lehet csökkenteni. A vezetőképesség a fémleválás sebességét befolyásolja. Kis értéknél nagyon lassú, nagy értéknél gyors a fémleválás. Igen gyors fémleválás laza szerkezetű szivacsos bevonatot ad. A vezetőképesség a vezetősók koncentrációjával és az elektrolit hőmérsékletével befolyásolható. A galvánfürdők alkotói általában hat csoportba sorolhatók: - a fémsók, amelyeknek kationjai az alkatrész felületén kiválnak, - a vezetősók, illetve vezető elektrolitok, amelyek csökkentik a fürdő ellenállását és ezzel kisebb feszültség mellett nagy áramerősség alkalmazását teszik lehetővé, - az anódos polarizáció szabályozói, ezek javítják a fürdő szűrőképességét, - a katódos polarizáció szabályozói, amelyeket fényesítő adalékoknak is neveznek, - a ph-érték szabályozói, ezeket puffereknek nevezzük, - a detergensek, más szóval felületaktív anyagok, amelyek csökkentik a felületi feszültséget, hatásukra csökken a fémbevonatok porozitása

28 Különösen fontos a megfelelő fémion-koncentráció, amely hatást gyakorol a galvánfém kristályszerkezetére. A fürdőn belüli koncentráció-különbségeket állandó keveréssel az anódok és katódok mozgatásával lehet megelőzni. A fürdő hőmérséklete több tényezőt befolyásol. A hőmérséklet növelésével nő az ionok mozgékonysága, s így nő a vezetőképesség is. A hőmérséklet növelésével az ionok leválási potenciája is megváltozik, a diffúzió sebessége nagyobb lesz, az ionpótlás a katód körül meggyorsul, amely intenzívebb fémkiválást, nagyobb krisztallitok kialakulását eredményezi. A nagyobb hőmérséklet csökkenti a hidrogénkiválást és az alapfém hidrogénelnyelését is. A fürdő ph-értéke befolyásolja a vezetőképességet, a hidrogénleválást és az áramkihasználást. A ph-érték állandó értéken tartása pufferanyagok adagolásával érhető el. Az áramsűrűség és az áramszóró képesség azért fontos, mert galvanizáláskor a külső áramforrás hatására a galvanizáló kádban villamos térerő alakul ki. Az ionvándorlás útját a villamos erőtér, az erővonalak sűrűségét az elektródok egységnyi felületére eső áramerősség (A/cm 2 ), az áramsűrűség határozza meg. Az erővonalak eloszlását az elektródák felületén a galvanotechnikában áramszóró képességnek vagy a fürdő szóróképességének nevezzük. 12. ábra A fémréteg vastagságának függése az anód és a munkadarab alakjától Az áramsűrűség inkább a fémleválás sebességét, a szóróképesség pedig a bevonat vastagságának egyenletességét befolyásolja. A szóróképességet nemcsak a galvánfürdő összetétele szabja meg. Nagymértékben függ a munkadarab és az anódok geometriai alakjától, az anódok távolságától és elhelyezési módjától, függ továbbá az elektrolit fajlagos vezetőképességétől, a ph-értékétől, az elektródok polarizációs feszültségétől is. A 13. ábra az elektródok elhelyezési módjának és a munkadarab alakjának hatását szemlélteti a kiváló fémréteg egyenletességére. Mint látható, a szóróképesség az anód és katód elhelyezési módjától is függ. Az egyenletes rétegvastagság az utánmunkálás csökkentése érdekében fontos