Метод плазменного напыления порошковых покрытий

Метод плазменного напыления порошковых покрытий Виноградов А. М.

Виноградов Антон Михайлович / Vinahradau Anton Mihajlovich - магистрант, факультет энергомашиностроения,

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, г. Москва

Аннотация: в статье рассматривается метод плазменного напыления, преимущества подобного способа нанесения покрытий. Особое внимание уделено напыляемым материалам.

Abstract: in this article the plasma spraying method with the benefits of such a way of coating are reviewed. Special attention is paid to the sprayed materials.

Ключевые слова: плазма, нанесение покрытий, напыление, обработка поверхности.

Keywords: plasma, coating, spraying, surface treatment.

Одновременно с совершенствованием современной техники требования к качеству материалов и поверхностей, связанные с необходимостью повышения физико-механических и эксплуатационных свойств, становятся все жестче. Их изменения ведут за собой активное развитие методов, позволяющих получать наилучшие показатели качества поверхности, что может быть достигнуто путем нанесения покрытий с заданными свойствами на изделия. Одним из перспективных методов нанесения покрытий является процесс плазменного напыления, он позволяет получать покрытия широкого диапазона материалов с требуемыми защитными, газодиффузионными и другими характеристиками.

Можно указать следующие преимущества плазменного напыления по сравнению с аналогами -газопламенным, электродуговым и детонационным напылением, процессами наплавки и осаждения [5]:

• гибкость регулирования параметров и режимов работы плазмотрона позволяют обеспечить эффективное управление энергетическими характеристиками напыляемых частиц и условиями формирования покрытия;

• возможность получения покрытий из большинства материалов, при этом по температуре плавления ограничений нет;

• нанесение покрытия на изделия, изготовленные практически из любого материала;

• отсутствие ограничений по размерам напыляемых изделий, нанесение покрытия на локальные поверхности;

• невысокое термическое воздействие на поверхность, что позволяет избежать деформаций, изменений размеров изделий, нежелательные структурных превращений основного металла и др.

Метод плазменного напыления позволяет получать покрытия со следующими свойствами [3]:

• устойчивость к абразивному, адгезионному износу, износу при трении и фреттинге;

• устойчивость к образованию полостей;

• электропроводность и электроизоляция поверхности;

• устойчивость к химическим воздействиям;

• коррозионная устойчивость;

• ударная стойкость;

• устойчивость к окислению;

• теплопроводность и теплоизоляцию поверхности.

Исходными технологическими материалами плазменного напыления являются порошки тугоплавких металлов, оксидов, твердых сплавов, композиционных материалов дисперсностью 40-315 мкм, что обусловлено относительно низкой стоимостью и простой технологией процесса получения порошков. К порошковым металлическим материалам, используемым для напыления основного защитного покрытия, относятся порошки кобальтовых и никелевых сплавов, включающих хром, вольфрам и железо, обладающих высокой твердостью, которая практически не снижается даже при высоких температурах, износостойкостью и антикоррозионными свойствами. Такие сплавы используют для напыления с добавками бора и кремния, образуя самофлюсующиеся сплавы, покрытия из которых получаются без пор, обладают износостойкостью, эрозионной стойкостью, коррозионной стойкостью, стойкостью к окислению при высоких температурах.

Вольфрам (W) может напыляться на большинство металлов. Покрытия из вольфрама обладают высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью. У него высокая температура плавления (Тпл = 3683 К).

Молибден (Мо) хорошо сцепляется с поверхностью черных металлов, поэтому его часто используют для напыления подслоя, на который потом наносят покрытия других металлов. Могут использоваться также сплавы смеси на его основе (сплав Мо с железом, титаном, кремнием или смеси с добавками, например, окиси алюминия или окиси титана). Молибденовые покрытия обладают высокой износостойкостью.

Порошковые сплавы на основе железа с высоким содержанием углерода имеют низкую стоимость, высокую износостойкость. Существенным недостатком таких порошков при напылении является их склонность к окислению.

Группа порошков на основе интерметаллидов (Ni-Ti; Ni-Al; Ni-Cr) вследствие экзотермических реакций компонентов обладает хорошими адгезионными свойствами, обеспечивает высокие плотность и

износостойкость покрытий. Многие интерметаллические соединения могут использоваться в качестве материала для покрытий, предохраняющих различные металлы от газовой коррозии, так как обладают тугоплавкостью, высоким сопротивлением окислению и прочностью сцепления с подложкой. Очень распространены самофлюсующие порошки системы Ni - Cr - B - Si. Кислород, адсорбированный на поверхности порошка, связывается кремнием и бором при их оплавлении, в результате чего образуются боросиликатные шлаки, всплывающие на поверхность (самофлюсование). Покрытия из таких металлов характеризуются высокой коррозионной и эрозионной стойкостью при больших температурах.

Таблица 1. Функциональное назначение покрытий [1]

Материал покрытий Характеристика поверхностного слоя, улучшаемая нанесением покрытий

Al2O3, Al-Ni, Cr-B-Ni-Si, Ni-Ti, Mo, &2O3, Cr, WC, MgAl2O4 Износостойкость

Al, Al2O3,Cr, Ti, Zn, Cr2O3, Al2O3-TiO2 Коррозионная стойкость

Al2O3,ZrO2, Al-Ni, Mo, ZnB, MgAl2O4 Термостойкость

ZrO2, WC-CO, TiC, &2O3, Cr-B-Ni Эрозионная стойкость

W, Mo, WC, Cr-Ni, MoSi2, MgAl2O4 Жаропрочность

Al-Ni, Ti-Ni, Al2O3, ZrO2 Антисхватывание подвижных узлов

Al2O3,NiSi2, Al-Ni, ZrO2 Теплоизоляция

A^O3, BaTiO3, SiO2, MgO- Al2O3 Электроизоляция

Mo, Ti-Ni, Al, Ni Герметичность соединений

Литература

1. Цырлин М. И., Родченко Д. А. Концепция комплексного моделирования процесса плазменного напыления покрытий на основе порошковых полимерных материалов. / Новые технологии в машиностроении и вычислительной технике: Труды НТК. Брест: Брестский политехн. ин-т, 1998. С. 73-76.

2. Плазменная обработка материалов: методическое руководство к лабораторным и практическим занятиям по дисциплине «Технология конструкционных материалов и материаловедение» для студентов специальностей 170400, 150200, 230100, 311300, 311400 всех форм обучения: самост. учеб. электрон. изд. / СЛИ; И. В. Боровушкин. - Электрон. дан. (1 файл в формате pdf: 1,2 Мб). - Сыктывкар: СЛИ, 2010. -Режим доступа: http://lib.sfi.komi.com.

3. Атмосферное плазменное напыление. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.sabaros.ru/sulzermetco/processes/plasma-spray/atmospheric. (Дата обращения: 10.09.2014).

4. Плазменное напыление. [Электронный ресурс]. Режим доступа:

http://profdetal.ru/?Tehnologii_XXI:Plazmennoe_napylenie. (Дата обращения: 10.09.2014).

5. Плазменное напыление порошковых покрытий НПФ «Плазмацентр». [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.plasmacentre.ru/technology/17.php. (Дата обращения: 14.09.2014).