Разработка оборудования и технологии нанесения износостойких покрытий с применением плазменного метода

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

УДК 621.793.7

А. Н. Смирнов, П. С. Попов, А. В. Купряшов, Н. А. Амельченко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

РАЗРАБОТКА ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАЗМЕННОГО МЕТОДА

Выполнена модернизация технологического оборудования для нанесения твердосплавного покрытия на рабочую поверхность детали. Разработана технология плазменного напыления и приведены результаты исследований триботехнических характеристик твердосплавного покрытия в условиях абразивного изнашивания.

Нанесение на детали покрытий из твердых материалов, в частности карбидов вольфрама, с использованием плазменного напыления, является актуальным для повышения износостойкости и долговечности изделий в авиационной, ракетно-космической технике, буровой технике и других отраслях, работающих в загрязненной среде с абразивом.

Для нанесения твердого покрытия использовался плазмотрон ПКП-1, модернизированный с помощью двух вставок для увеличения мощности. Напыление происходило неподвижным плазмотроном, установленным в вакуумной камере с вакуумом 10-4 Па. Вакуум создавался диффузионным насосом.

Перед нанесением износостойкого покрытия производилась подготовка смеси порошка из керамики или износостойкого материала и подготовка подложки. После напыления осуществлялся контроль качества поверхности. Покрытие, нанесенное неподвижным плазмотроном, имеет форму горки с максимальной толщиной в центре, которая уменьшается по краям. Для достижения ровной гладкой поверхности производят шлифование. Наиболее надежным способом оценки качества покрытий являются микроструктурный анализ, измерение адгезионной прочности и контроль микротвердости. Микрофотография поверхности покрытия приведена на рис. 1.

Рис. 1. Поверхность твердосплавного покрытия

Оценка износостойкости покрытия производилась на машине торцевого трения в условиях абразивного

изнашивания. В качестве абразивной смеси использовался порошок карбида бора М40, смешанный с водой. Поверхность стального образца после изнашивания показана на рис. 2. Поверхность трения гладкая, темного цвета, с шероховатостью 0,32...1,25 мкм, не имеет видимых следов задира и схватывания поверхности. Такой вид поверхности трения характерен для нормального протекания окислительного износа.

Рис. 2. Поверхность стального образца после испытаний

Оценка качества поверхности образцов из стали 40Х без покрытия и образцов с покрытием проводилась с помощью прибора TIME Group Inc., модель TR-200. После анализа полученых профиллограм, сделанных на образцах после испытания стали 40Х и образца с напыленным покрытием, получены следующие результаты. У верхнего образца из стали 40Х, который контактировал с образцом с покрытием, уменьшилась шероховатость в 10 раз по сравнению с аналогичным образцом, который работал в паре со сталью 40Х. Интенсивность изнашивания стального образца имела величину 10Л..10-7, интенсивность изнашивания твердосплавного покрытия была менее 10-12.

Предварительные исследования покрытия в условиях абразивного загрязнения показали достаточно высокую износостойкость. Дальнейшее направление исследований связано с поиском зависимости качества покрытия от динамических и теплофизических параметров плазменного потока в процессе напыления.

A. N. Smirnov, P. S. Popov, A. V. Kuprjashov, N. A. Amelchenko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE DEVELOPMENT OF THE EQUIPMENT AND WEAR RESISTANCE COVER TECHNOLOGY WITH THE USE OF PLASMA METHOD

The modernization of technology equipment for hard facing application to the active face of the detail has been fulfilled. Thet technology ofplasma process has been worked out and results of the hard alloy cover tribotechnical properties with abrasive wear has been showed.

© Смирнов А. Н., Попов П. С., Купряшов А. В., Амельченко Н. А., 2010