Плазменное напыление материалов.
Технологические особенности процесса.
Процесс плазменного напыления характеризуется следующими особенностями:
--------------------
- нагрев и перенос наплавляемого материала происходят в струе низкотемпературной плазмы, при этом нагрев данного материала осуществляется в процессе переноса;
- для напыления могут использоваться любые материалы, не возгорающиеся и не разлагающиеся при нагреве до температуры плавления;
- материал может вводиться в плазменную струю в виде проволоки или порошка;
- возможность комбинирования состава плазмообразующего и транспортирующего газов позволяет изменять атмосферу, в которой происходит процесс напыления;
- процесс дает возможность получать покрытия различного назначения при высокой производительности и хорошей воспроизводимости;
- покрытия могут быть получены на любых материалах, практически без изменения свойств подложки, так как поверхность изделия обычно нагревается до температур не более 300° С, а при использовании специальных технологических приемов и до 70° С.
Процесс плазменного напыления происходит следующим образом. Разрядом осциллятора закорачивается дуговой промежуток «электрод— сопло» и при подаче напряжения от источника питания между электродом и соплом возникает электрическая дуга, которая потоком плазмообразующего газа выдувается из сопла в виде высокотемпературной струи. Длина струи, ее скорость и температура определяются составом и расходом плазмообразующего газа, геометрией и размерами сопла и подводимой мощностью. При мощности 30…40 кВт струя плазмы (рабочий газ – азот) на выходе из сопла имеет температуру 7000° С и скорость порядка 1000 км/ч.
При подаче в плазменную струю частиц порошкового материала размерами от 5…7 до 100…140 мкм, в зависимости от теплофизических свойств материала и размеров данных частиц, происходит их нагрев и проплавление полностью, либо на значительную глубину. Частицы становится жидкими и/или пластичными. Одновременно происходит «разгон» частиц до скоростей 1000…2500 км/ч.
При ударе нагретых до жидкого и/или пластичного состояния частиц об подготовленную подложку происходят их деформация, растекание, охлаждение и кристаллизация, при этом частицы закрепляются на неровностях поверхности механически. Если у пары «подложка – покрытие» возможно химическое взаимодействие и/или сплавление, то оно также происходит, увеличивая силу сцепления покрытия с подложкой. Весь процесс - от нагрева частиц в струе плазмы до ее охлаждения на поверхности подложки - происходит за время 10-3 – 10-4 сек. При этом время кристаллизации частиц составляет 10-5 – 10-7 сек.
При таких скоростях кристаллизации частиц, в покрытии возникают большие напряжения (типичные для газотермического напыления), величина которых зависит, в первую очередь, от коэффициента термического расширения (КТР) и температуры материалов подложки и покрытия. С увеличением толщины покрытия - термические напряжения возрастают. В некоторых случаях данные напряжения могут вызвать отслоение и отрыв покрытия от подложки. Поэтому при напылении не рекомендуется допускать нагрева подложки до температуры свыше 300° С. Различие КТР материалов покрытия и подложки является основной причиной напряжений в слое. Для компенсации такого различия рекомендуется нанесение подслоя из материала с КТР, промежуточного - между КТР покрытия и подложки.
При нанесении покрытия, например, из оксидной керамики на стальную подложку рекомендуется применять подслой из следующих материалов:
----------
-- порошка нихрома ПХ20Н80-2С;
-- порошка нержавеющей стали ПХ19Н9Т-2С;
-- экзотермических материалов типов NiAl, NiTi или Ni3Al.
При нанесении покрытий на алюминий и его сплавы рекомендуется подслой из алюминида типа ВКНА.
Технология плазменного напыления.
Адгезию покрытия, а следовательно, его надежность и работоспособность во многом определяет качество подготовки поверхностей деталей к напылению. Основным методом подготовки деталей является пескоструйная обработка одним из следующих материалов:
-- черным карбидом кремния с зерном № 160…100;
-- корундовой крошкой с зерном № 160…100;
-- дробью стальной или чугунной колотой 0,8…1,2 мм.
При выборе абразивного материала следует учитывать условия работы деталей. Например, для деталей, работающих в агрессивных средах, недопустимо использовать корродирующие материалы, стальную и чугунную дробь. Перед пескоструйной обработкой деталь должна быть тщательно обезжирена.
Напыление керамики.
--------------------
Оксидная керамика, обладающая значительной твердостью, химической стойкостью, высокой температурой плавления и низкой теплопроводностью, представляет большой интерес для машиностроителей. Особенно перспективно ее применение в качестве покрытий различного назначения. Однако для получения высококачественных покрытий необходимо выполнить ряд трудно совместимых условий. Например: для обеспечения полного проплавления частиц надо увеличить температуру и энтальпию плазменной струи, а для предотвращения перегрева изделия - повышение этих параметров крайне нежелательно. Поэтому выбор технологии плазменного напыления заключается в поиске сбалансированного, компромиссного решения.
Для напыления всех видов керамических оксидных покрытий, как правило, типичным является следующий режим:
----------
-- рабочий ток 500…550 А;
-- рабочее напряжение 110…140 В;
-- расход плазмообразующего газа 4,0…6,0 м3/ч;
-- расстояние от плазмотрона до изделия 55…85 мм;
-- грануляция напыляемого материала М40, М28, М20.
При этом недопустим нагрев изделие до температур свыше 300° С. Необходимо обеспечить относительную скорость перемещения плазмотрона в пределах 60…110 м/мин. В ином случае потребуются перерывы для охлаждения детали путем обдува сжатым воздухом.
Напыление самофлюсующихся сплавов.
--------------------
За последнее время освоено производство износостойких материалов для напыления на основе сплавов, называющихся самофлюсующимися. В соответствии с технологией после напыления эти сплавы подвергаются оплавлению для увеличения плотности и адгезии покрытий. Типичными самофлюсующимися сплавами являются ВСНГН-85 и ПГХН80-СРЗ.
Если оплавление напыленного слоя возможно, то напыление следует вести при следующем режиме:
----------
-- рабочий ток 450…500 А;
-- рабочее напряжение 100…120 В;
-- расход плазмообразующего газа 4,0…5,0 м3/ч;
-- расстояние от плазмотрона до изделия 80…100 мм;
-- грануляция материала М60…М100.
Оплавление самофлюсующихся материалов осуществляют разработанным для них режимом.
Если оплавление напыленного слоя произвести невозможно, то напыление следует вести на тех же режимах, что и напыление окислов, при этом грануляция материала может быть увеличена до 40…65 мкм.
Напыление композиционных покрытий.
--------------------
Композиционными называются покрытия, состоящие из нескольких компонентов, не взаимодействующих между собой (например: Me + окисел, не взаимодействующий с ним; окисные или металлические покрытия, пропитанные полимерами, и т. п.).
При напылении металлооксидных композиций, режим напыления следует выбирать таким, чтобы получить болеет пористые покрытия. Для этого необходимо снизить потребляемую мощность на 15…20 % и увеличить размер частиц материала на 40…100%.
При заинтересованности мы готовы предоставить более подробную информацию о наших возможностях, а также осуществить подбор необходимого оборудования, в зависимости от стоящих перед Вашим предприятием конкретных технологических задач.
Надеемся, что сотрудничество с нами поможет Вам в достижении намеченных целей.
Наши данные указаны в разделе "Контакты".
|
ПЛАЗМА-АРК промышленная компания
