Princip tohoto způsobu renovace spočívá v tom, že poškozená plocha je po patřičné přípravě opatřena vrstvou navařeného nebo nastříkaného materiálu. Tím je jednak obnoven její tvar a rozměry, jednak její další vlastnosti jako je tvrdost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi aj. Uvedených zvláštních vlastností vrstvy se dosáhne přidáním vhodných přísad (legovacích prvků). Způsob se však používá i jako preventivní zásah, tj. navařuje se ochranná vrstva, která odolává opotřebení, korozi, tření, vytvoří tepelnou bariéru.
Zpravidla je nutno vytvořit vrstvu tenkou, souvislou, málo promísenou se základním materiálem a podle možnosti s ním co nejpevněji spojenou. Tyto požadavky je možno nejsnáze splnit, je-li přídavný materiál ve formě jemného prášku. Prášek je vyráběn rozstřikováním taveniny, takže částice jsou kulovitého tvaru. Takový prášek se dobře a snadno pohybuje a neucpává navařovací hořák. Smísením různých prášků lze dále ovlivňovat výsledné vlastnosti vytvořených vrstev. Pro běžné použití jsou dodávány již hotové směsi se zaručeným rovnoměrným složením.
O navařování je na místě mluvit tehdy, je-li vrstva přídavného prášku a povrchová vrstva základního materiálu natavena a vzniká tedy návar. Jsou však i takové technologické postupy a pro ně vhodné přídavné materiály, že k natavení základního materiálu nedochází, pracuje se s teplotami podstatně nižšími. Potom je na místě mluvit o nástřiku. Oba způsoby jsou však velmi blízké a často nejsou rozlišovány, mluví se buď o navařování nebo o stříkání.
Prášky lze navařovat či stříkat různými způsoby. Podle zdroje tepelné energie se může jednat o stříkání plynové, obloukové, plazmové, detonační, elektroimpulsní. Nejdostupnější je navařování plynové při použití kyslíko-acetylenového plamene. Nejjednodušší hořák pro tento způsob je na obr. 1. Získaná vrstva je mnohem rovnoměrnější než při použití přídavných drátů, tyček nebo trubiček, obr. 2
Technologický postup
Jako u každé technologie tak i zde je velmi důležitá příprava. Povrch, na který má být navařena či nastříkána vrstva nového materiálu musí být bezvadně čistý a odmaštěný, nanášená vrstva má být rovnoměrně tlustá. Nejlepších výsledků se dosahuje, jestliže se povrch osoustruží nebo ofrézuje či obrousí, potom otryská a nakonec odmastí.
Používají se dvě základní technologie vlastního plynového stříkání:
1. "Za tepla"
Celý připravený povrch se lehce předehřeje, na teplotu max. 200 oC, aby se dokonale zbavil vzdušné vlhkosti ale ještě nezačal oxidovat. Na předehřátý povrch se nastřikuje přídavný prášek tak, aby se plocha co nejrychleji pokryla tenkou vrstvou. Tato vrstva chrání základní materiál před oxidací. Plynule se pokračuje v nástřiku, až se dosáhne potřebné tlouštky vrstvy na celém povrchu. Zastaví se přívod prášku a nastříkaná vrstva se dále zahřívá až do natavení. Tím dojde k jejímu slinutí a ke spojení se základním materiálem, který má být pokud možno nataven co nejméně. Tak dojde k převážně difusnímu spojení nastříkané vrstvy se základním materiálem. Hotová nastříkaná vrstva se podle potřeby opracuje broušením.
2. "Za studena"
Celý připravený povrch se velmi lehce předehřeje, na teplotu max. 100 oC. Na takto velmi mírně předehřátý povrch se nejprve nastříká vrstva podkladního prášku o tlouštce cca 0,1 mm. Používá se speciální prášek, který je schopen exotermické reakce. Nejčastěji je to materiál typu NiAl. Tím se vytvoří podkladní mezivrstva, která se dobře spojuje se základním materiálem i s materiálem vrchní vrstvy. Na podkladní mezivrstvu se potom nastřikuje vrstva přídavného prášku požadovaných vlastností. Její tlouštka bývá většinou do několika desetin mm. Tím je stříkání skončeno, ihned se přeruší přívod tepla, žádné další zahřívání se neprovádí. Při nástřiku nemá teplota základního materiálu překročit 200 oC, v případě potřeby se nástřik provede na dvakrát. Hotová nastříkaná vrstva se podle potřeby opracuje broušením.
Při nástřiku práškových materiálů je nutno přesně dodržet předepsanou vzdálenost stříkání. Protože výtoková rychlost plynů je u plynového hořáku dána rychlostí hoření, je vzdáleností hořáku od základního materiálu dána doba letu částice prášku. Během letu musí částice získat potřebné množství tepla a potřebnou rychlost. Nedodrží-li se předepsaná vzdálenost, jsou vlastnosti nastříkané vrstvy zřetelně zhoršeny.
Plynové stříkání kovových prášků se pro svoje dobré vlastnosti rychle rozšiřuje. Sortiment práškových přídavných materiálů pro tento způsob je velmi široký. Plynové hořáky klasické konstrukce však nejsou schopny uspokojivě nastřikovat některé obtížněji tavitelné materiály, protože teplotu plamene ani nástřikovou rychlost nelze zvýšit. Teplota je dána maximální teplotou hoření použitého plynu, nástřiková rychlost je limitována výtokovou rychlostí plynů, která také nemůže být zvyšována. Proto vznikly speciální hořáky s možností urychlovat stříkaný materiálem proudem přídavného tlakového plynu (nejčastěji dusíku nebo CO2). Tím se rychlost letu částic zvýší z původní rychlosti 35 až 40 m.s-1 asi na dvojnásobek. Tím se velmi výrazně rozšířila oblast použitelnosti tohoto způsobu nástřiku.
Obr. 3 Různá provedení hořáků pro plynové stříkání prášků
Příklady vhodného použití
Plynové stříkání prášků lze velmi dobře použít tam, kde je třeba nanést tenkou, souvislou vrstvu materiálu, kde je třeba nanést vrstvu zvláštních vlastností, kde nesmí dojít k většímu tepelnému ovlivnění stříkané součásti.
Příkladem jsou pístnice hydraulických zařízení s poškrabaným povrchem, obr. 4., čepy hřídelů pro uložení valivých ložisek, lopatky ventilátorů a čerpadel namáhané erozivním opotřebením, válečky dopravníků, čepy kluzných uložení, řemenice a vodicí kladky, třecí kroužky apod.
Obr. 4 Ukázka pístnice hydraulického zvedáku sklápěcího nákladního automobilu. Nastříkáno práškovým materiálem, dosud neobrobeno
Praktické zkušenosti
Praktické zkušenosti s navařováním kovových prášků potvrzují, že při vhodném a správném použití lze získat vynikající výsledky. Ani navařování kovových prášků však není univerzálním způsobem, vhodným vždy a všude. Při výběru vhodné technologie a materiálu je vždy nutno přihlížet ke všem důležitým okolnostem, zejména k provozním podmínkám a k vlastnostem vytvořených vrstev.
Ještě širší uplatnění než při renovaci součástí má navařování kovových prášků při výrobě součástí nových. Také to je důvodem, že se sortiment nabízených práškových směsí stále rozšiřuje.
Práškové přídavné materiály
Sortiment nabízených práškových materiálů je velmi široký. To je dáno také tím, že práškové materiály se používají nejen pro plynové stříkání, ale prakticky pro všechny způsoby navařování.
Práškové materiály jsou dnes velmi často užívanými přídavnými materiály pro vytváření vrstev a povlaků nejrůznějších vlastností. Práškové směsi mohou být připravovány mísením jednotlivých komponentů, většinou však jsou používány směsi stálého složení, vyrobené podle ověřených receptur.
Z hlediska použití lze rozlišit následující skupiny prášků a práškových směsí:
- Prášky na bázi železa s přídavky chromu a dalších prvků. Jsou určeny pro navařování součástí pracujících v podmínkách intenzivního abrazivního opotřebení.
- Prášky pro použití bez tavidel, ze slitin na bázi niklu, kobaltu a nikl-chromu. Dobře odolávají opotřebení, korozi a vysokoteplotní oxidaci.
- Prášky z kovových slitin. Například slitiny typu NiAl, NiTi, NiCr jsou odolné proti korozi, žáruvzdorné a žárupevné, odolné proti opotřebení. Používají se též jako podkladní vrstva pro nástřik keramických vrstev.
- Bronzové prášky jsou odolné proti korozi, i v mořské vodě. Prášky z olovnatého bronzu nemají sklon k zadírání.
- Prášky z čistých kovů. Nejrozšířenější jsou prášky z molybdenu, wolframu, železa, niklu, chromu, hliníku, mědi, zinku. Molybden se často používá pro vytvoření podkladní mezivrstvy. Nikl se používá na vrstvy odolné proti erozi. Wolframové vrstvy se dobře spojují s vrstvami keramickými. Měď se používá pro elektricky vodivé vrstvy. Hliník se používá pro ochranu před korozí a vysokoteplotní oxidací.
- Prášky z karbidů a oxidů kovů (keramické prášky) se nanášejí obvykle na podkladní mezivrstvu, která umožní dobré spojení (pouze detonačním nástřikem je možno nanášet tyto prášky přímo, bez podkladní mezivrstvy). Příklad prášků této skupiny: oxid hliníku (elektrokorund bílý) Al2O3; oxid hliníku s oxidem titanu, 2-3% TiO2; oxid chromu Cr2O3; karbid chromu Cr3C2; karbid titanu TiC; karbid wolframu WC; karbid chromu a oxid hliníku, 40-50% Al2O3.
- Kompozitní prášky. Jsou to prášky, kde každá částice je kompozitní. Používají se pro vytvoření heterogenní povrchové vrstvy, kde se kombinují příznivé vlastnosti všech použitých složek. Výsledné vlastnosti nelze dosáhnout u homogenního materiálu.
- Směsi prášků. Jsou užívány stále častěji pro svoje zřejmé výhody. Používají se ve stejných případech jako prášky kompozitní.
Josef Pošta
