Проволока для электродуговой металлизации

1. Классификация проволок для металлизации по назначению и свойствам покрытия

А. Проволоки для Антикоррозионной защиты (АКЗ)

Эти материалы наносятся для защиты стальных конструкций от атмосферной, промышленной и морской коррозии.

• Цельные проволоки:
  • Цинк (Zn): Обеспечивает электрохимическую (катодную) защиту стали.
  • Алюминий (Al): Создает барьерный слой за счет образования плотной оксидной пленки.
  • Сплав Цинк-Алюминий (ZnAl 85/15): Золотой стандарт для морских сооружений. Объединяет катодную защиту цинка и барьерную стойкость алюминия.
  • Сплав Алюминий-Магний (AlMg 5): Повышенная стойкость к морскому климату и солям.
• Порошковые проволоки металлизации (для АКЗ):
  • Самозащитные алюминиевые и цинковые: Содержат раскислители, позволяющие работать без идеальной защиты газом, снижая окисление.
• Свойства готового покрытия:
  • Морская, щелевая и питтинговая коррозия: ZnAl 85/15 и AlMg обладают наивысшей стойкостью. Цинк работает как протектор, а алюминий «запечатывает» поры продуктами коррозии (белой ржавчиной), блокируя доступ хлоридов к питтингам.
  • Атмосферная и промышленная коррозия: Zn, Al, ZnAl.

Б. Функциональные проволоки для металлизации (Износостойкость, Трение, Высокие температуры)

Применяются для восстановления размеров, упрочнения и придания специальных свойств.

• Цельные проволоки:
  • Углеродистые стали (70, 80, Т9): Для деталей, работающих на абразивный износ и трение скольжения.
  • Нержавеющие стали (12Х13, 12Х18Н10Т): Для работы в слабоагрессивных средах, при трении, для жаростойкости.
  • Медь и Бронзы (оловянные, алюминиевые, свинцовые): Антифрикционные покрытия для подшипников скольжения, втулок.
  • Нихромы (NiCr): Для жаростойкости и окалиностойкости.
• Порошковые проволоки для электродугового металлизатора (Сложнолегированные и композитные):
  • Fe-C-Cr (Высокоуглеродистые с хромом): Высокая твердость, стойкость к абразивному и ударно-абразивному износу (валки, шнеки).
  • Ni-Cr-C / Ni-Cr-B-Si: Покрытия с высокой стойкостью к абразивному износу, кавитации и эрозии.
  • Fe-Cr-Al / NiCr с добавками РЗМ: Для работы при высоких температурах (до 1000-1100 °C).
• Свойства готового покрытия:
  • Износостойкость: Обеспечивается высокоуглеродистыми сталями и карбид-содержащими порошковыми проволоками.
  • Стойкость к высокотемпературной коррозии и окалиностойкость: Обеспечивается нихромами и сплавами FeCrAl (образуют плотную пленку Al2O3).
  • Антифрикционность: Бронзовые покрытия (работают в паре со стальным валом).

В. Иные (Восстановительные, Декоративные, Специальные)

• Цельные: Низкоуглеродистые стали (Ст3, 08кп) — для недорогого восстановления геометрии деталей (наплавка валов под последующую мехобработку).
• Порошковые: Проволоки с добавлением дисульфида молибдена (MoS2) или графита — для создания сухих смазывающих слоев (поршни, цилиндры). Проволоки для нанесения электропроводных контактов (Ag, Cu).

---

2. Условия работы покрытия, которые нужно учитывать при подборе материала проволоки для металлизации.

При выборе проволоки инженер должен проанализировать триаду «Среда — Нагрузка — Подложка»:

1. Характер и среда коррозии:
   • Морская вода / Хлориды: Требуются ZnAl или AlMg. Нержавеющие стали (даже аустенитные) в порах покрытия склонны к питтингу и щелевой коррозии.
   • Высокотемпературная газовая среда (сернистые газы, выхлоп): Требуются NiCr, FeCrAl.
   • Кислоты/Щелочи: Определяют выбор между барьерным (Al) или протекторным (Zn) покрытием.
2. Механические и трибологические нагрузки:
   • Абразивный износ (грунт, руда, зола): Нужны твердые покрытия (Fe-C-Cr, порошковые с карбидами).
   • Ударные нагрузки: Твердые, но хрупкие покрытия (высокоуглеродистая сталь) могут отслоиться. Требуются вязкие материалы (нихромы, низкоуглеродистые стали, никелевые сплавы).
   • Трение скольжения: Важен подбор пары трения (например, бронза по стали) и наличие пор для удержания смазки.
3. Температурный режим:
   • Если деталь нагревается выше 200-250 °C, нельзя использовать полимерные герметики пор. Если выше 600 °C, обычные углеродистые и низколегированные стали быстро окислятся внутри пор — нужны жаростойкие сплавы.
4. Гальваническая пара с подложкой:
   • Покрытие должно быть либо анодом к подложке (как цинк на стали), либо инертным. Если покрытие (например, медь) нанесено на сталь и имеет поры, сталь под покрытием ускоренно корродирует.

---

3. Адгезия и Пористость: Важнейшие показатели ЭДМ

В отличие от HVOF или плазменного напыления, электродуговая металлизация имеет свои физические ограничения, делающие адгезию и пористость критическими факторами.

Адгезия при электродуговой металлизации (Прочность сцепления с подложкой)

При ЭДМ сцепление носит преимущественно механический характер (зацепление расплавленных частиц за микронеровности поверхности). Металлургическое сцепление (диффузия) практически отсутствует из-за низкой температуры подложки (обычно < 150 °C).

• Почему это важно: При ударных нагрузках, высоких контактных напряжениях (подшипники, шестерни) или термических циклах покрытие с низкой адгезией отслаивается.
• Как достигается:
  • Идеальная подготовка поверхности (абразивоструйная очистка до Sa 2.5 - Sa 3, создание шероховатости Rz 50-100 мкм).
  • Использование подслоев (например, NiAl — никель-алюминий, который при напылении экзотермически реагирует, создавая микро-металлургическое сцепление).
  • Оптимизация параметров напыления (давление воздуха, напряжение дуги, расстояние).

Пористость покрытия электродуговой металлизации.

ЭДМ inherently (изначально) дает более пористые покрытия (обычно 2–8%, при плохих параметрах до 15%), чем методы высокоскоростного напыления. Частицы при ЭДМ имеют меньшую скорость и температуру, чем в HVOF.

• Почему это важно:
  1. Коррозия: Поры — это капилляры. Агрессивная среда (особенно морская, с ионами Cl-) проникает через поры к подложке. Начинается подпленочная коррозия, которая разрушает подложку и разрывает адгезию (покрытие вздувается и отпадает).
  2. Износ: Поры снижают эффективную площадь сечения, уменьшая несущую способность и износостойкость.
  3. Герметичность: Пористое покрытие не может работать как барьер для жидкостей и газов под давлением.

• Как снижается пористость готового покрытия электродуговой металлизации

  Для порошковых проволок: Использование самозащитных порошковых проволок с флюсами и раскислителями. При плавлении флюс образует шлаковую пленку, вытесняющую газы и снижающую пористость до 1-2%.
  • Герметизация (Силеры): Обязательное нанесение порозаполнителей (эпоксидные, полиуретановые, силиконовые смолы, специальные неорганические составы) сразу после напыления.
  • Наплавка (Remelting): Для некоторых порошковых проволок (NiCrBSi) после ЭДМ применяется оплавление покрытия газопламенной горелкой или индукцией. Пористость падает до 0%, адгезия сменяется на диффузионную, но деталь может повести от термического шока.

Резюме: При проектировании процесса ЭДМ выбор проволоки — это только половина задачи. Успех покрытия на 70% зависит от качества подготовки поверхности (для адгезии) и обязательной герметизации пор (для коррозионной стойкости и долговечности).