Mejor que PVD, CVD, alternativa a la tecnología de pulverización térmica de cromado duro

El cromado duro es una tecnología tradicional de revestimiento de superficies que se utiliza desde hace más de 70 años. La capa de cromado tiene alta dureza, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y puede mantener la superficie brillante durante mucho tiempo. El proceso es relativamente simple y el costo es bajo. Durante mucho tiempo, el cromado se ha utilizado ampliamente como revestimiento resistente al desgaste y a la corrosión para piezas mecánicas, además de como revestimiento decorativo. Sin embargo, el proceso de cromado duro puede causar graves problemas medioambientales. No es el cromo en sí el que causa problemas medioambientales, sino el proceso de cromado. El cromo en sí es un elemento inactivo y puede usarse de manera segura en productos diarios e incluso en articulaciones artificiales. El principal problema es que la solución de ácido crómico utilizada en el proceso de cromado produce niebla ácida y aguas residuales que contienen Cr6.

Además, el recubrimiento de cromo duro galvanizado tiene otras desventajas: (1) La dureza del recubrimiento de cromo duro galvanizado es generalmente HV800 ~ 900, que es mucho menor que la alta dureza y buena resistencia al desgaste de algunas cerámicas y materiales cermet, y la dureza de recubrimiento de cromo duro Cuando la temperatura aumenta, disminuirá rápidamente debido a la liberación de la tensión interna y su temperatura de trabajo solo puede ser inferior a 427 ° C. Por lo tanto, es difícil adaptarse a los requisitos de trabajo de alta temperatura y alta velocidad de la maquinaria moderna. . (2) Hay microgrietas en la capa de cromado, que inevitablemente producirán grietas penetrantes, lo que hará que el medio corrosivo penetre desde la superficie hasta la interfaz y corroa la matriz, provocando manchas de óxido o incluso descamación en la superficie del revestimiento. capa. (3) La velocidad de deposición del proceso de galvanoplastia es lenta (alrededor de 25 “m/h). A menudo se necesitan de 2 a 3 turnos para recubrir un recubrimiento de 0,2 ~ 0,3 mm de espesor, lo que no favorece la aplicación de recubrimientos gruesos. Por lo tanto , la gente ha estado trabajando arduamente para encontrar alternativas al proceso de recubrimiento de galvanoplastia de cromo duro. Con el continuo desarrollo de la tecnología de recubrimiento en los últimos años, el uso de algunos recubrimientos ha demostrado ser más limpio, más efectivo e incluso más económico que la galvanoplastia de capas de cromo duro. Estas tecnologías de recubrimiento incluyen la física deposición en fase de vapor (PVD), la deposición química de vapor (CVD), la tecnología de recubrimiento por láser y la tecnología de pulverización térmica, entre las cuales el costo del recubrimiento por pulverización térmica es equivalente al del recubrimiento de cromo duro galvanizado y sigue disminuyendo. Si bien el costo del recubrimiento de cromo duro galvanizado está aumentando, lo que es más importante, la tecnología de recubrimiento por pulverización térmica se ha aplicado con éxito en maquinaria textil y aviación.

2.Descripción general en el país y en el extranjero 2.1 Desarrollo de la tecnología de pulverización térmica La tecnología de pulverización térmica es un método para alimentar materiales de recubrimiento (polvo o alambre) en una determinada fuente de calor (arco, llama de combustión, plasma, etc.) para fundir y usar alta- acelerar el flujo de aire a Un proceso en el que se rocía sobre la superficie de un material base para formar una capa de cobertura. El proceso es fácil de operar, flexible y eficiente, y puede usarse en una amplia variedad de materiales de recubrimiento (metales, aleaciones, cerámicas, cermets, plásticos, etc.). Especialmente en los últimos años, la llegada de equipos de pulverización térmica de alta energía y alta velocidad, como los equipos de pulverización por plasma de alta energía y equipos de pulverización por llama de alta velocidad (HVOF), ha permitido que el recubrimiento por pulverización térmica supere las deficiencias de los poros altos. y baja fuerza de unión, y la calidad del recubrimiento ha mejorado. Este salto cualitativo proporciona una base técnica sólida para que los recubrimientos por pulverización térmica reemplacen las capas de cromo duro. Especialmente la tecnología de pulverización con llama de alta velocidad (HVOF), la porosidad del recubrimiento es inferior a 1!, la fuerza de unión es superior a 80 MPa y la velocidad de deposición del recubrimiento es muy rápida. Estas propiedades hacen del HVOF la alternativa más atractiva a la galvanoplastia de recubrimientos de cromo duro.

Mediante métodos de enfriamiento adecuados y un control cuidadoso del movimiento de la pistola pulverizadora, la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo se puede controlar por debajo de 93 C, por lo que también se pueden pulverizar muchos materiales sensibles a la temperatura. En los últimos años, la investigación sobre el uso de la pulverización térmica para reemplazar el cromado duro ha sido una investigación más completa y profunda desde los aspectos de los materiales de recubrimiento, la tecnología de pulverización, el rendimiento del recubrimiento, la tecnología de posprocesamiento del recubrimiento y la aplicación del recubrimiento. Se investigó la aplicación de diversos recubrimientos como WC-CO, WC-1OCO-4Cr, Cr3C2-NiCr, Cr2O3, WCNiCr, WC-Ni, TribaIOy4OO, NiCrBsi, FeCrMO, COMOCrsi, COCrNiW, FeNiCr, AI2O3-TiO2 en válvulas de bola, corrugadas. varillas, etc. Aplicaciones como rodillos anilox, trenes de aterrizaje, bombas, maquinaria textil, equipos petroquímicos y automóviles. A juzgar por los resultados obtenidos, el recubrimiento por pulverización térmica no solo puede lograr el acabado de espejo de la capa de cromado, sino que también supera con creces la capa de cromado en términos de dureza y resistencia al desgaste. Puede reemplazar completamente el cromo duro en algunas aplicaciones, especialmente. desgaste severo Y hay ocasiones de corrosión.

2.2 Características de los recubrimientos HVOF que reemplazan el cromado duro galvanizado Dado que se utilizan diferentes piezas en diferentes entornos, están sujetas a diferentes cargas mecánicas y los mecanismos de corrosión y desgaste también son muy diferentes. Por lo tanto, también se debe considerar el recubrimiento para diferentes áreas de aplicación donde se debe considerar la investigación sobre el uso de diferentes materiales de recubrimiento para reemplazar el cromado duro galvanizado. a) Resistencia al desgaste La resistencia al desgaste del recubrimiento es un indicador muy importante. Muchos investigadores han estudiado con gran detalle varias propiedades de resistencia al desgaste de los recubrimientos. En la prueba de resistencia al desgaste del recubrimiento, solo el recubrimiento de Ni-Cr-MO es ligeramente inferior al recubrimiento de cromo duro galvanizado, mientras que el recubrimiento de WC-CO/Ni-Cr-MO es más de 2,5 veces la resistencia al desgaste del cromo duro galvanizado. revestimiento.

b). Resistencia a la fatiga Para muchos campos de aplicación del cromado duro, los componentes chapados son muy sensibles a las características de fatiga, especialmente para aplicaciones en la industria de la aviación, como trenes de aterrizaje de aviones y dispositivos de transmisión hidráulica, que están directamente relacionados con el conjunto. sistema de seguridad. Por lo tanto, antes de utilizar el recubrimiento HVOF para reemplazar el recubrimiento de cromo duro galvanizado, se debe estudiar claramente el efecto del recubrimiento HVOF sobre las propiedades de resistencia a la fatiga del sustrato. Como todos sabemos, existe tensión de tracción en los recubrimientos de cromo duro galvanizado, lo que tendrá un impacto muy negativo en las propiedades de resistencia a la fatiga del sustrato. Es un factor importante que debe tenerse en cuenta al diseñar componentes sensibles a la fatiga. Sin embargo, para los recubrimientos HVOF, al controlar con precisión el proceso de deposición, es posible garantizar que el recubrimiento HVOF depositado esté en un estado de tensión de compresión. Los resultados de las pruebas muestran que el recubrimiento HVOF tiene muy poco impacto en la resistencia a la fatiga del sustrato.

3.Análisis de costos del recubrimiento por pulverización térmica que reemplaza el recubrimiento de cromo duro galvanizado. Para la industria de la aviación, después de usar el recubrimiento HVOF para reemplazar el recubrimiento de cromo duro galvanizado, la reducción de costos proviene principalmente de no requerir tratamiento térmico para resolver el problema de la fragilización por hidrógeno, y también. reduce el tiempo de producción y los costos de inventario. Por tanto, el ahorro de costes es muy evidente para estos componentes de gran tamaño, como el tren de aterrizaje de los aviones. Por ejemplo, según una investigación realizada por la Estación Aeronaval Jacksonvii en Estados Unidos, cada año en la estación se deben cromar aproximadamente 20.000 piezas de trabajo. De ellos, aproximadamente 14.000 pueden sustituirse con pulverización HVOF. Si la tecnología HVOF se implementa por completo, se ahorrarán aproximadamente varios millones de dólares al año dentro de 15 años.

La aplicación de pulverización térmica en lugar de cromado ha demostrado que los recubrimientos de pulverización térmica pueden reemplazar completamente los recubrimientos de cromo duro galvanizado en las siguientes áreas de aplicación: (1) Tren de aterrizaje, palancas de freno hidráulico, etc. de aeronaves en la industria de la aviación. Por ejemplo, el tren de aterrizaje de los aviones Boeing 767 y 777 ahora utiliza un revestimiento de WC-CoCr con pulverización HVOF para reemplazar el revestimiento de cromo duro. La guía de mantenimiento actual de Boeing permite el uso de un revestimiento de WC-Co con pulverización HVOF y un revestimiento de WC-CoCr para reparar el original; El tren de aterrizaje del avión Las piezas cromadas pueden tener un grosor de hasta 0,38 mm. (2) Varillas hidráulicas de algunos equipos. (3) Válvulas de bola para la industria petrolera, equipos para yacimientos petrolíferos marinos, etc. (4) Rodillos anilox para impresión flexográfica en industrias de fabricación de papel e impresión, rodillos para maquinaria de fabricación de papel, etc. Por ejemplo, el rodillo de calandrado brillante utilizado para el recubrimiento en la producción de papel para pizarras blancas de alta calidad siempre ha sido cromado y generalmente debe reemplazarse después de 6 a 10 meses de funcionamiento. Sin embargo, después del recubrimiento de WC por pulverización térmica. usado, la superficie del rodillo puede mantener un acabado de espejo durante mucho tiempo y la vida útil del trabajo es de más de 4 años y la temperatura de funcionamiento aumenta de 150 ~ 160 grados a 300 grados. El rodillo anilox es un componente clave de la prensa de impresión flexográfica. El rodillo anilox tradicional utiliza cromado en la superficie. La resistencia al desgaste del rodillo no es buena y solo puede grabar un patrón anilox con un número de líneas bajo de 100 ~ 200 líneas/25,4 mm, por lo que su calidad de impresión no es buena. El rodillo anilox de la avanzada máquina de impresión flexográfica está reforzado con un revestimiento cerámico de óxido de cromo de alta densidad y alta dureza (HV1200~1300). El número de líneas de malla grabadas puede alcanzar un alto valor de 1600 líneas/254 mm, y la forma de la malla. y volumen Más uniforme y más preciso, la cantidad de transferencia de tinta se puede aumentar en un 15%, mejorando enormemente la calidad de impresión. Debido a la excelente resistencia al desgaste del recubrimiento de óxido de cromo, su vida útil es más de 30 veces mayor que la de la capa de cromado. (5) Rodillos rectificadores y otros rodillos de trabajo continuo de la industria siderúrgica, como rodillos de colada continua, etc., y cristalizadores de máquinas de colada continua. Después de que la planta de Nagoya de la compañía siderúrgica japonesa utilizara un recubrimiento de carburo WC para reemplazar la capa de cromado en la superficie del rodillo tensor (760 mm, 10% ~ 20% de la tarifa). La superficie del cristalizador de la máquina de colada continua en la industria del acero fue originalmente galvanizada con cromo. Debido a la alta temperatura y la corta vida útil debido al desgaste, afecta la eficiencia de producción de la máquina de colada continua y la calidad de la losa fundida. . Japón, Estados Unidos y otros países han estudiado el uso de recubrimientos por pulverización térmica para reemplazar las capas de cromado y han logrado resultados muy obvios. La vida útil del cristalizador recubierto se ha incrementado de 4 a 6 veces.

Finalmente, la perspectiva de que los recubrimientos por pulverización térmica reemplacen al cromado duro. Debido al nivel industrial relativamente atrasado y a la tecnología de pulverización térmica en mi país, la aplicación de recubrimientos por pulverización térmica en diversos campos industriales siempre ha sido baja. En los últimos años, debido a la introducción a gran escala de procesos y equipos extranjeros avanzados y a los altos requisitos de rendimiento de los componentes de estos equipos, ha aumentado la demanda de recubrimientos por pulverización térmica. Además, en los últimos años, algunas unidades domésticas han introducido sucesivamente una serie de equipos avanzados de pulverización térmica de alta velocidad y alta energía, que han mejorado enormemente la tecnología de pulverización térmica. La aplicación industrial de los recubrimientos por pulverización térmica también se ha expandido y profundizado gradualmente en algunos campos de alta tecnología y trabajos pesados. Es técnicamente difícil utilizar un recubrimiento por pulverización térmica para reemplazar el cromado. No es difícil lograr el recubrimiento por pulverización térmica con la resistencia al desgaste del cromado. Sin embargo, muchos materiales cerámicos y cermet tienen una dureza y resistencia al desgaste excelentes. Para el acabado de la capa de cromado, es necesario resolver una serie de problemas técnicos, como materiales de revestimiento estructurados uniformemente, equipos de pulverización de alto rendimiento, parámetros de proceso optimizados, equipos de posprocesamiento de alta calidad y mano de obra razonable, etc.