Способы напыления покрытий
Напыление — технологический процесс образования покрытий с помощью распыления жидких диспергированных частиц, осаждающихся при ударном столкновении с поверхностью. Скорость охлаждения частиц составляет 10 000-100 000 000 градусов в секунду, что обусловливает очень быструю кристаллизацию напыляемого покрытия и низкую температуру нагрева поверхности.
Покрытия напыляют с целью увеличения коррозионностойкости, износостойкости, жаропрочности и ремонта изношенных узлов и деталей.
Существует несколько способов напыления покрытий:
1) Газопламенное напыление проволокой, порошком или прутком (рис. 1, 2). Напыляемый материал расплавляется в пламени газовой горелки при сжигании горючего газа (обычно ацетилено-кислородная смесь в пропорции 1:1) и переносится на поверхность струей сжатого воздуха. Температура плавления напыляемого материала должна быть ниже температуры пламени горючей смеси (таблица 1).
Преимуществами данного способа являются низкие затраты на оборудование и его эксплуатацию.
Рис. 1. Газопламенное напыление проволокой
Рис. 2. Схема оборудования поста для напыления проволокой: 1 — осушитель воздуха, 2 — ресивер со сжатым воздухом, 3 — баллон с горючим газом, 4 — редукторы, 5 — фильтр, 6 -баллон с кислородом, 7 — ротаметры,8 — напылительная горелка, 9 — канал для подачи проволоки
Таблица 1. Температура пламени горючих смесей
2) Детонационное напыление (рисунок 3) производится несколькими циклами в секунду, за каждый цикл толщина напыленного слоя составляет около 6 мкм. Диспергированные частицы имеют высокую температуру (более 4000 град.) и скорость (более 800 м/с). При этом температура основного металла невелика, что исключает его тепловое деформирование. Однако деформация может произойти от действия детонационной волны, это и является ограничением применения данного метода. Стоимость детонационного оборудования также велика, требуется наличие специальной камеры.
Рис. 3. Детонационное напыление: 1 — подача ацетилена, 2 — кислород, 3 — азот, 4 — напыляемый порошок, 5 — детонатор, 6 — водоохлаждающая труба, 7 — деталь.
3) Электродуговая металлизация (рисунок 4). В сопло электрометаллизатора подаются две проволоки, одна из которых служит анодом, а другая — катодом. Между ними возникает электрическая дуга и проволока плавится. Распыление происходит при помощи подачи сжатого воздуха. Процесс протекает на постоянном токе. Данный метод обладает следующими преимуществами:
а) высокая производительность (до 40 кг/ч напыляемого металла),
б) более прочные покрытия с высокой адгезией по сравнению с газопламенным способом,
в) возможность использования проволок из разных металлов позволяет получить покрытие-«псевдосплав»,
г) невысокие эксплуатационные затраты.
Недостатками электродуговой металлизации являются:
а) возможность перегрева и окисления напыляемых материалов при малой скорости их подачи,
б) выгорание легирующих элементов напыляемых материалов.
Рис. 4. Электродуговая металлизация: 1 — подача сжатого воздуха, 2 — подача проволоки, 3 — насадка, 4 — электропроводящие провода, 5 — деталь.
4) Плазменное напыление (рисунок 5). В плазмотронах анодом служит сопло, охлаждаемое водой, а катодом — вольфрамовый стержень. В качестве плазмообразующего газа обычно используют аргон и азот, иногда с добавлением водорода. Температура на выходе из сопла может составлять несколько десятков тысяч градусов, в результате резкого расширения газа плазменная струя приобретает высокую кинетическую энергию.
Высокотемпературный процесс плазменного напыления позволяет наносить тугоплавкие покрытия. Изменение режима напыления дает возможность использования самых различных материалов — от металла до органики. Плотность и адгезия таких покрытий также высоки. Недостатками метода являются: относительно невысокая производительность и интенсивное ультрафиолетовое излучение.
Подробнее про этот способ нанесения покрытий читайте здесь: Плазменное напыление покрытий
Рис. 5. Плазменное напыление: 1 — инертный газ, 2 — охлаждающая вода, 3 -постоянный ток, 4 — распыляемый материал, 5 — катод, 6 — анод, 7 — деталь.
5) Электроимпульсное напыление (рисунок 6). Метод основан на взрывном плавлении проволоки при прохождении через нее электрического разряда конденсатора. При этом около 60% проволоки расплавляется, а остальные 40% переходят в газообразное состояние. Расплав представляет собой очень мелкие частицы от нескольких сотых долей до нескольких миллиметров. При чрезмерном уровне разряда металл проволоки полностью превращается в газ. Перемещение частиц к напыляемой поверхности происходит за счет расширения газа при взрыве.
Преимуществами метода являются отсутствие окисления в результате вытеснения воздуха, высокая плотность и прочность сцепления покрытия. К недостаткам относятся ограничение в выборе материалов (они должны быть электропроводными), а также невозможность получения покрытий большой толщины.
Рис. 6. Схема электроимпульсного напыления: СН — источник питания для конденсатора, С — конденсатор, R — резистор, SW — выключатель, EW — проволока, В — деталь.
6) Лазерное напыление (рисунок 7). При лазерном напылении порошок подается на лазерный луч через подводящее сопло. В пучке лазера порошок расплавляется и наносится на деталь. Защитный газ служит для предохранения от окисления. Областью применения лазерного напыления является покрытие штамповочных, гибочных и режущих инструментов.
Порошковые материалы применяются при газопламенном, плазменном, лазерном и детонационном напылении. Проволока или пруток — при газопламенном, электродуговом и электроимпульсном напылении. Чем мельче фракция порошка, тем меньше пористость, лучше адгезия и выше качество покрытия. Напыляемую поверхность при любом способе напыления располагают на расстоянии не менее 100 мм от сопла.
Рис. 7. Лазерное напыление: 1 — луч лазера, 2 — защитный газ, 3 — порошок, 4 — деталь.
Детали с напылением
Напыление покрытий применяется:
в общем машиностроении для упрочнения деталей (подшипники, ролики, шестерни, калибры, в том числе резьбовые, станочные центры, матрицы и пуансоны, и др.);
в автомобильной промышленности для нанесения покрытий на коленвалы и распредвалы, кулаки тормозов, цилиндры, головки и кольца поршней, диски сцепления, выхлопные клапаны;
в авиационной промышленности для нанесения покрытий на сопла и другие элементы двигателей, лопатки турбин, для облицовки фюзеляжа;
в электротехнической промышленности — для покрытий конденсаторов, отражателей антенн;
в химической и нефтехимической промышленности — для покрытия клапанов и седел клапанов, сопел, плунжеров, валов, крыльчаток, цилиндров насосов, камер сгорания, для защиты от коррозии металлоконструкций, работающих в морской среде;
в медицине — для напыления электродов озонаторов, зубных протезов;
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Теплоизоляция пенополиуретаном (ППУ)
Цены на энергоносители в последнее время становятся все выше, и эффективное утепление дома — одна из основных задач, которую приходится решать домовладельцам. Один из последних материалов, который появился на рынке несколько лет назад — пенополиуретан. Это покрытие, которое наносится сплошным слоем на любую (практически) поверхность. Утепление пенополиуретаном — самое эффективное.
Дом, утепленный пенополиуретаном
Виды напыляемого пенополиуретана и технологии нанесения
Пенополиуретан получают при смешении двух компонентов — диизоцианата и полиола. Оба компонента в отдельности токсичны, потому работы проводят с респираторах. Смешиваясь два ядовитых вещества образуют безопасный полимер — полиуретан — абсолютно нейтральный, который ни с какими веществами в реакцию не вступает. Пенополиуретан после затвердевания абсолютно безвреден и часто используется в пищевой промышленности.
При смешивании двух компонентов идет активное газообразование — выделяется преимущественно углекислый газ. Он оказывается заключенным в тончайшую полиуретановую оболочку, что и дает высокие показатели по теплоизоляции (углекислый газ плохо проводит тепло).
Смешение двух компонентов происходит в специальном пистолете под высоким давлением. Для получения идеальной пены компоненты должны подогреваться до 45°C (есть подающие шланги с подогревом, а есть специальные подогреватели). Под давлением, в виде очень мелкой пыли, компоненты смешиваются в пистолете и напыляются на поверхность, где и происходит их вспенивание, а затем — затвердевание. В этом и состоит утепление пенополиуретаном.
Хорошо сцепляется с любой сухой поверхностью
Для достижения заявленных качеств материала, диизоцианат и полиол должны подаваться в равных пропорциях. Даже незначительное увеличение того или другого компонента негативно сказывается на характеристиках материала. Хуже, если больше диизоцианата — такая пена быстро «садиться», затем разрушается, теряет свои теплоизолирующие характеристики. Если переборщить с полиолом, картина немного лучше — пена становится ломкой, но задачи свои выполняет, хоть и имеет теплопроводность выше заявленной. Именно в этом и состоит один из недостатков утепления пенополиуретаном — конечный результат очень сильно зависит от квалификации работников и класса используемого оборудования.
Смешивать компоненты в заданных пропорциях почти идеально точно можно при помощи установок высокого давления. Поэтому при выборе фирмы надо обращать внимание на оборудование, которое есть в их распоряжении — с установками низкого давления, скорее всего, получите неоднородное напыление с плохими теплоизоляционными характеристиками.
Но разное оборудование — это не все. Есть еще разные виды пенополиуретана по типу ячейки и плотности:
- Открытоячеистый легкий ППУ. По характеристикам (теплопроводности) очень похож на минеральную вату, с тем же главным недостатком — он гигроскопичен, при этом стоит значительно дороже минваты. То есть, при использовании легкого пенополиуретана (плотность 9-11 кг/м 3 ) придется обеспечивать его гидро- и паро- изоляцию со всех сторон, организовывать вентилируемый фасад — для удаления излишней влажности. В плюсы можно записать более высокую звукоизоляцию (по сравнению с минеральной ватой). Для утепления наружных стен и кровли применяется крайне редко, так как просто не справляется с поставленными задачами — намокает и теряет теплоизоляционные свойства. При всем при том, стоит дороже минваты. А вот для утепления внутренних перегородок и перекрытий используется успешно (в комплексе со всеми гидро/паро изоляционными слоями), обеспечивая еще и хорошую звукоизоляцию.
- Закрытоячеистый пенополиуретан. Независимо от плотности, не гигроскопичен, очень хорошо «сцепляется» практически с любой поверхностью, за исключением полиэтилена. Бывает следующих видов:
- Средней плотности — 28-32 кг/м 3 . Стандартное решение при использовании напыляемой теплоизоляции на стенах, потолке, неэксплуатируемых кровлях. Обеспечивает хорошую теплоизоляцию с коэффициентом теплопроводности 0,02-0,028 (у воздуха 0,022, ниже только у вакуума). Паропроницаемость средняя — 0,05 (сравнима с древесиной).
- Средней плотности для заполнения полостей. По характеристикам аналогичен описанному выше, но расширяется медленнее, застывает только после полного вспенивания. Используется при устройстве слоистых стен, кровель и т.п.
- ППУ высокой плотности — 40-80 кг/м 3 . Используется для утепления эксплуатируемых кровель, под стяжку, в других местах с высокой механической нагрузкой. Из-за более высокой плотности имеет немного выше коэффициент теплопроводности — 0,03-0,04, паропроницаемость такая же — 0,05.
Если говорить по ценам, то самый дешевый — легкий открытоячеистый пенополиуретан. Но если добавить необходимость устройства гидро- и паро- изоляции, то в общем цена утепления окажется не такой и низкой. При этом, все равно идеальной изоляции добиться нереально, и вполне может оказаться, что данный вид утепления ППУ будет холодным. Чтобы вы могли ориентироваться в ценах, приведем приблизительные цены на разные типы ППУ (материал+работа):
- легкий с открытой ячейкой от 180$ за кубометр;
- закрытоячеистый средней плотности — от 650$ за куб.
Утепление пенополиуретаном деревянных стен не вызовет проблем — коэффициент теплопроводности у них одинаков
Закрытоячеистый пенополиуретан, в расчете на кубометры, значительно дороже, но никаких дополнительных слоев, кроме финишной отделки, он не требует. Ни воды ни пара не боится, длительное время выполняет свои задачи (более 25 лет). Точная цена утепления вспененным ППУ зависит от его плотности и толщины слоя, размеров напыляемой поверхности. Считается индивидуально.
Достоинства и недостатки
Начнем с достоинств:
- На сегодняшний день утепление пенополиуретаном — самое эффективное. Это связано с ячеистой структурой этого утеплителя и заключенном в ячейках углекислом газе. В идеале эта система дает коэффициент теплопроводности 0,02, что даже ниже, чем у воздуха (0,022).
- Сплошное, бесшовное напыление, которое сводит на нет наличие мостиков холода, еще больше повышая эффективность утепления.
- Возможность напыления на поверхности любых, самых сложных форм.
- Низкая гигроскопичность. Одновременно с утеплением вы улучшаете гидроизоляционные характеристики поверхности. Это свойство используют при утеплении фундаментов, колодцев и других подобных сооружений.
При утеплении фундамента дома пенополиуретаном одновременно решается и проблема его гидроизоляции
Как видите, приличный перечень достоинств, которые способствуют тому, что теплоизоляция пенополиуретаном постепенно становится все более популярной. Но и недостатки есть:
- Высокая цена — в 1,5-2 раза выше чем при утеплении минватой. Но если рассчитать за год службы, получится не дороже.
- Конечный результат сильно зависит от используемого оборудования и опыта пыльщика. Хорошие результаты достигаются только при полном соблюдении технологии.
Теплоизоляция пенополиуретаном перекрытия на чердаке
Основной сдерживающий фактор в распространении утепления ППУ — высокая цена. Хотя, если сравнивать со стоимостью утепления экструдированным пенополистиролом, то цены не кажутся такими уж большими и это при том, что по времени напыляемая теплоизоляция укладывается в разы быстрее, дает лучший результат. В общем, если вы планируете утепление дома, данная технология стоит изучения.
Условия нанесения и подготовка поверхностей
Даже при хорошей адгезии, которой отличается утепление пенополиуретаном, подготовка поверхности не будет лишней. В первую очередь надо удалить все, что осыпается — и в первую очередь старую краску. Обязательному удалению и нейтрализации подлежат также жирные пятна. Их не должно быть.
Наносится ППУ на сухие, обезжиренные поверхности
Все, что не должно покрываться пеной должно быть закрыто полиэтиленом, закрепленным на скотч. Закреплять надо тщательно, без зазоров — отдирать пену сложно.
При утеплении кровли пенополиуретаном есть два способа нанесения теплоизоляции. Первый — делают постоянную сплошную обрешетку, на которую наливают пену. Второй — делают временный каркас, состоящий из двух параллельных плоскостей.
Если утепляются пенополиуретаном наружные стены здания, предполагается наличие финишной отделки. И после очищения поверхности надо позаботиться о том, чтобы на что-то можно было укрепить — на пену не получится. Для этого, чаще всего, на стены набивают деревянные или металлические планки, к которым затем крепится наружная отделка. На этом подготовка закончена. Но нанесение пенополиуретана возможно только на абсолютно сухую поверхность, при температуре выше +10°C. Других условий нет.
Процесс напыления
Если вы заключили договор с какой-то кампанией, в назначенное время приезжает микроавтобус. В нем установлено оборудование для напыления. Для работы аппарата высокого давления необходимо напряжение 380 В. Если у вас только 220 В, обычно запускают генератор, который выдает требуемое напряжение. От сети 220 В может работать аппарат низкого давления, но, как говорили ниже, качество теплоизоляции будет значительно хуже.
Обычно в дом или вокруг дома тянут только шланги, по которым в пистолет подаются компоненты для образования пены. Это удобно. Работники, которые производят напыление теплоизоляции, одеты в защитные костюмы, на них надеты респиратор, перчатки и очки. Респиратор необходим, так как до твердения компоненты пены токсичны, а все остальное — чтобы защитить кожные покровы от попадания ППУ, который потом отодрать невозможно.
Пену наносят снизу-вверх, небольшими порциями. Заливают все, без пропусков, стараясь не допустить образование раковин. По мере расширения пены, следят за тем, чтобы толщина слоя была не менее требуемой. После застывания пены излишки можно будет срезать, а недостаток ничем не восполнишь.
Параметры напыляемого утепления
Сразу стоит сказать, что, как и для любого другого утепления, стены зданий предпочтительнее утеплять снаружи. Если утеплить изнутри, то наружная стена будет промерзать. Сколько циклов разморозки/заморозки она выдержит — зависит от материала, но редко такой дом будет служить более 10 лет.
При утеплении пенополиуретаном снаружи, требуется финишная наружная отделка — очень непривлекательный вид имеет поверхность. Зато никаких проблем с промерзанием стен, здание будет служить долго.
С кровлей вообще проблем нет. Кровельные материалы рассчитаны на многократное промерзание, так что утепление пенополиуретаном кровли можно делать и изнутри, напыляя его непосредственно на «изнанку» кровельного материала или на обрешетку.
Нанесение напыляемой теплоизоляции возможно на любую поверхность, а утеплять кровлю можно изнутри
Снаружи утеплять дом или изнутри разобрались. Теперь немного о толщине слоя. Утепление пенополиуретаном делают обычно большой толщины. Это связано не с тем, что малой недостаточно. Обычно, как раз по теплотехническим характеристикам требуется толщина утепления в 2-3 см, а делают не менее 5 см. Это для того, чтобы при любых условиях точка росы оказывалась в толще теплоизоляции, а не в материале стены. Так как ППУ негигроскопичен, намокнуть он не может, конденсация просто не происходит, а излишняя влага благодаря паропроницаемости материала выводится естественным путем.
Источник